Sonoluminescență Rezumat

Eseu pe tema:

    introducere
  • 1 Istorie și cercetare timpurie
  • 2 Sono-luminescență cu bule singulare și multi-bule
  • 3 Modelul teoretic
    • 3.1 Modelul Schwinger
  • 4 Aplicații ale sonoluminescenței Literatură
    notițe







Sonoluminescența - fenomenul apariției unui fulger de lumină în colapsul bulelor de cavitație, născut într-un lichid printr-un val ultrasonic puternic. Un experiment tipic privind observarea sono-luminescentei este următorul: un rezonator este plasat în rezervorul de apă și în el este creat un val ultrasonic în picioare. Cu o putere suficientă cu ultrasunete, în centrul rezervorului apare o sursă de lumină albăstrui - sunetul devine lumină.

1. Istorie și cercetare timpurie

În ciuda faptului că fenomenul a fost observat pentru prima dată în anii 1930, mecanismul sono-luminescentei a fost complet incomprehensibil pentru o lungă perioadă de timp. Acest lucru se datorează faptului că în primele experimente s-au observat doar lumini unice și destul de slabe, adică tot timpul nu a fost posibilă selectarea condițiilor optime pentru apariția sono-luminescenței.

De la stânga la dreapta: apariția unui bule, o expansiune lentă, prăbușirea rapidă și bruscă, emisia de lumină.

  • Un val ultrasonic stator în faza de rărire creează o mare presiune negativă în apă, ceea ce duce la o ruptură locală a apei și formarea unui bule de cavitație.
  • Pentru aproximativ un sfert din perioada undei ultrasonice (adică, până când presiunea a rămas negativă), bula creste, cu unda sonoră în picioare, dacă simetrie sferică și bule rămâne sferică. În experimente separate, diametrul bulei a atins o fracțiune de milimetru.
  • În faza de compresie, bule de cavitație se prăbușește, și mai rapid și mai rapid. Procesul de colaps accelerează de asemenea forța de tensionare a suprafeței.
  • În porțiunile finale ale perioadei, un fulger foarte scurt și strălucitor de lumină izbucnește din centrul balonului prăbușit. Întrucât, într-un mod staționar, se naște și se prăbușește un balon de cavitație, care se prăbușește de milioane de ori pe secundă, vedem o lumină medie sono-luminescente.

Din punct de vedere al intuiției fizice, sono-luminescența are o serie de proprietăți paradoxale.

  • Sonoluminescența este cea mai eficientă în apa obișnuită. Doar în ultimii ani [când? ] a fost dificil să se realizeze apariția sono-luminescenței în alte lichide.
  • O mică concentrație de gaze inerte, dizolvate în apă, sporește semnificativ efectul.
  • Luminozitatea luminii sono-luminescente crește brusc cu răcirea apei.
  • Un bliț strălucitor de sonoluminescență are, de regulă, un spectru mai mult sau mai puțin neted, fără nici o linie de emisie separată. Acest spectru crește abrupt în partea violetă și este aproximativ similar cu spectrul de emisii al unui corp absolut negru cu o temperatură de ordinul a sute de mii de Kelvin!

Spectrul a devenit principalul obstacol în încercarea de a explica fenomenul. Dacă lumina sono-luminescente are origine termică, atunci este necesar să se explice modul în care ultrasunetele încălzesc apa la astfel de temperaturi. Dacă temperaturile înalte nu au nimic de a face cu ea, atunci care este originea luminii?







2. Sono-luminescența cu bule singulare și multicubble

3. Modelul teoretic

Deci, dacă natura luminii este termică, atunci este necesar să se explice, datorită căruia se ating astfel de temperaturi ridicate.

În prezent se crede că încălzirea apei este după cum urmează.

  • Cu comprimarea rapidă a cavitației cu bule, procesul de testare a vaporilor de apă aproape de compresie adiabatică. Aici, deoarece raza bulei poate fi redus de zeci de ori, este posibil să se încălzească vaporii de apă la ordinele, adică până la câteva mii de grade Kelvin.
  • Se știe că eficiența încălzirii în procesul adiabatic este determinată de exponentul adiabatic, care, la rândul său, depinde puternic de gazul pe care îl considerăm. Încălzirea este cea mai eficientă pentru gazele monatomice, astfel încât chiar și impuritățile mici ale gazelor inerte în apă pot afecta semnificativ eficiența încălzirii.
  • Dependența luminozității sonoluminescenței de temperatura apei este determinată de echilibrul dintre vaporii de apă și gazele inerte din interiorul bulei. Când temperatura apei scade, volatilitatea vaporilor gazului inert rămâne aproape neschimbată, în timp ce presiunea vaporilor saturați de apă scade brusc. Acest lucru duce la o încălzire mai bună a vaporilor atunci când bulele sunt comprimate.
  • Este clar că bula inițială are o formă sferică neregulată. Odată cu prăbușirea, aceste distorsiuni ale simetriei sunt amplificate și, ca rezultat, toată energia inițială nu poate fi focalizată la un punct. Dacă cavitație singură bulă când distorsiunea inițială mică, devine posibilă reducerea razei bulei pe ordinea sau mai mult, atunci multivehiculari distorsiunile inițiale sonoluminescență nu permit foarte comprima flaconul, care afectează temperatura finală.
  • În cazul sonoluminescență singur cu bule la ultima etapă de colaps a bulei de cavitație peretele bulei pentru a dezvolta viteza de 1-1,5 km / s, ceea ce este de 3-4 ori mai mare decât viteza sunetului în amestecul de gaz în interiorul balon. Ca rezultat, sub compresie, apare o undă de șoc convergentă sferică, care apoi, reflectată din centru, trece din nou prin substanță. Se știe că undele de șoc în mod eficient încălzesc mediul: atunci când trece prin fața undei de șoc, materia este încălzită în M2 ori, unde M este numărul Mach. Acest lucru, aparent, duce la o creștere a temperaturii cu un ordin de mărime și permite atingerea a sute de mii de Kelvin.

3.1. Modelul Schwinger

O explicație neobișnuită a efectului sono-luminescentei, aparținând lui Schwinger [5]. bazat pe examinarea modificărilor stării de vid a câmpului electromagnetic din flacon în timpul schimbării rapide în formă a acestuia din urmă, din punct de vedere apropiat de ceea ce este utilizat de obicei în descrierea efectului Casimir, atunci când este privit starea de vid a unui câmp electromagnetic într-un condensator plat, care depinde de condițiile limită definite de plăcile ) .. Această abordare a fost elaborată mai detaliat în lucrarea lui Claudia Eberlein [6] [7].

Dacă este adevărat, atunci sono-luminescența este primul exemplu în care radiația direct asociată cu o schimbare a stării de vid este observată direct experimental.

Sa susținut că sono-luminescența este asociată cu transformarea prea multă energie în prea puțin timp pentru a se potrivi cu explicația de mai sus [8]. Cu toate acestea, alte surse credibile susțin că explicația prin intermediul energiei sub vid poate fi totuși adevărată [9].

4. Aplicații sono-luminescente

În plus față de interesul pur științific referitor la înțelegerea comportamentului lichidelor în condiții similare, studiile asupra sonoluminescenței pot avea, de asemenea, aplicații. Vom enumera câteva dintre ele.

  • Laborator chimic superminiat. În plasmă, în timpul unui focar sono-luminescente, vor fi prezenți reactivi dizolvați în apă. Prin modificarea parametrilor experimentului, este posibil să se controleze concentrația reactivilor, precum și temperatura și presiunea în această microtubă sferică. Printre deficiențele unei astfel de tehnici se poate numi
    • o fereastră destul de limitată de transparență a apei, ceea ce face dificilă observarea reacției
    • incapacitatea de a scăpa de prezența moleculelor de apă și a elementelor lor, în special din ionii de hidroxil.
  • Avantajele metodologiei sunt
    • Ușurința cu care este posibil să se creeze temperaturi ridicate ale amestecului de reacție.
    • capacitatea de a efectua experimente ultra-scurte la timp, la scale de picosecunde.
  • Posibilitatea declanșării unei reacții termonucleare. Unele grupuri experimentale susțin că au reușit să obțină în explozia sonoluminescenței temperaturi de ordinul a milioane de Kelvin, observând produsele reacției termonucleare. Confirmarea rezultatelor acestor experimente ar face posibilă obținerea unui reactor termonuclear compact. Cu toate acestea, situația rămâne controversată și necesită cercetări suplimentare.

literatură

notițe







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: