Dźwięk o temperaturze tysięcy stopni. Eksperymentuj i eksperymentuj ponownie!

Dźwięk o temperaturze tysięcy stopni

Igor Ivanov

  • Blask generowany przez dźwięk
  • Eksperymentuj i eksperymentuj ponownie!
  • Ekskluzywne laboratorium dla chemików i materiałów
  • Sonoluminescencja w medycynie: urządzenie diagnostyczne i skalpel
  • "Nie daje się przewidzieć …"

Eksperymentuj i eksperymentuj ponownie!

Spektrum światła sonoluminescencyjnego dla początkowych bąbelków o różnych rozmiarach. Im większy jest rozmiar początkowy, tym bardziej asymetryczny jest proces kompresji i tym niższa temperatura. Pojawienie się i zniknięcie poszczególnych linii emisyjnych potwierdza termiczny charakter sonoluminescencji (zdjęcie z www.scientific.ru)

Kluczem do rozwiązania tego całego zestawu zagadek były eksperymenty multilubble sonoluminescenceprzeprowadzona przez szereg grup badawczych w połowie lat dziewięćdziesiątych. Multilubble sonoluminescence (luminescencja spowodowana ciągłą produkcją i rozpadem wielu pojedynczych bąbelków) jest jak "zdegradowana" wersja zwykłej, pojedyncza bańka sonoluminescencja, ponieważ fala ultradźwiękowa w tym przypadku koncentruje się nie na punkcie, ale na pewnej objętości cieczy. Eksperymenty wykazały, że blask w tym przypadku jest ciemniejszy niż w przypadku pojedynczego pęcherzyka, a co najważniejsze, w jego widmie były oddzielne jasne linie emisji.Ustalono, że te linie emisyjne należały do ​​wzbudzonych rodników hydroksylowych – fragmentów cząsteczki wody występującej w wysokiej temperaturze, a także atomów i jonów substancji rozpuszczonych w wodzie. Temperatura świecącego gazu, przywrócona przez te linie promieniowania, wynosiła około 2000-5000 kelwinów.

Ponieważ takie temperatury osiąga się nawet w przypadku "osłabienia", spektrum sonoluminescencji pojedynczego pęcherza staje się zaskakujące. Eksperymenty przeprowadzone na początku 2000 roku przez grupę Kennetha Suslicka (Kenneth Suslick) z Illinois i innych badaczy potwierdziły, że w tym przypadku temperatura może osiągnąć kilkadziesiąt tysięcy Kelwinów. Przy tak wysokich temperaturach (a zatem wysokich ciśnieniach) w pęcherzyku, poszczególne wzbudzone jony tak często zderzają się ze sobą, że po prostu nie mają czasu na "błyskanie" charakterystycznych linii emisyjnych, co tłumaczy gładkość widma.

Postęp w eksperymencie doprowadził do sformułowania teoretycznego opisu sonoluminescencji. Ogólnie rzecz biorąc, sytuacja wygląda następująco: pod działaniem ciśnienia fali ultradźwiękowej pęcherzyk jest sprężany z wielkim przyspieszeniem, podgrzewając parę wodną wewnątrz i wszystko, co rozpuszczono w wodzie. Jest to jednak tylko "pierwszy etap" ogrzewania.W ostatnich chwilach istnienia pęcherzyk osiąga naddźwiękową prędkość kompresji i generuje falę uderzeniową, która może gwałtownie podnieść temperaturę kilka razy. Sprawność ogrzewania zależy od składu gazu: wiadomo, że im prostsze są cząsteczki gazu, tym bardziej jest on ogrzewany podczas sprężania. Wyjaśnia to wpływ gazów obojętnych (jednoczasowych) na jasność światła sonoluminescencyjnego. Ponadto, jedna sferyczno-symetryczna bańka ulega najbardziej efektywnemu ściskaniu, co prowadzi do tak wysokiej temperatury sonoluminescencji pojedynczego pęcherza. Interesujące jest, jak różne obszary fizyki są ze sobą powiązane, opisując to zjawisko: akustyka, hydrodynamika ponaddźwiękowa, teoria stabilności, fizyka molekularna, fizyka plazmy.


Like this post? Please share to your friends:
Dźwięk o temperaturze tysięcy stopni ">

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: