Blasen bilden sich und verschmelzen zu kugelförmigen Gebilden, weil sich diese Gebilde in einem niedrigeren Energiezustand befinden. Zur Physik und Chemie dahinter siehe Keimbildung.
AussehenBearbeiten
Blasen sind sichtbar, weil sie einen anderen Brechungsindex (RI) haben als die umgebende Substanz. Zum Beispiel beträgt der RI von Luft ungefähr 1,0003 und der RI von Wasser ungefähr 1,333. Das Snellsche Gesetz beschreibt, wie elektromagnetische Wellen an der Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem IR-Wert ihre Richtung ändern; daher können Blasen an der damit einhergehenden Brechung und internen Reflexion erkannt werden, obwohl sowohl das eingetauchte als auch das eintauchende Medium durchsichtig sind.
Die obige Erklärung gilt nur für Blasen eines Mediums, die in ein anderes Medium eingetaucht sind (z. B. Gasblasen in einem Softdrink); das Volumen einer Membranblase (z. B. Das Volumen einer Membranblase (z. B. Seifenblase) verzerrt das Licht nicht sehr stark, und man kann eine Membranblase nur aufgrund von Dünnschichtbeugung und -reflexion sehen.
AnwendungenBearbeiten
Die Keimbildung kann absichtlich herbeigeführt werden, z. B. um ein Blasenbild in einem Festkörper zu erzeugen.
In der medizinischen Ultraschallbildgebung werden kleine eingekapselte Bläschen, so genannte Kontrastmittel, zur Kontrastverstärkung verwendet.
Im thermischen Tintenstrahldruck werden Dampfblasen als Aktoren eingesetzt. Gelegentlich werden sie auch in anderen mikrofluidischen Anwendungen als Aktoren verwendet.
Der gewaltsame Zusammenbruch von Blasen (Kavitation) in der Nähe von Festkörperoberflächen und der daraus resultierende auftreffende Strahl bilden den Mechanismus, der bei der Ultraschallreinigung verwendet wird. Derselbe Effekt, allerdings in größerem Maßstab, wird bei gezielten Energiewaffen wie der Bazooka und dem Torpedo genutzt. Auch Pistolenkrebse verwenden eine kollabierende Kavitationsblase als Waffe. Derselbe Effekt wird bei der Behandlung von Nierensteinen in einem Lithotripter eingesetzt. Meeressäugetiere wie Delfine und Wale nutzen Blasen zur Unterhaltung oder als Jagdwerkzeug. Belüfter lösen Gas in der Flüssigkeit auf, indem sie Blasen einspritzen.
Chemie- und Metallurgieingenieure sind bei Verfahren wie Destillation, Absorption, Flotation und Sprühtrocknung auf Blasen angewiesen. Die komplexen Prozesse, die dabei ablaufen, erfordern oft die Berücksichtigung von Massen- und Wärmeübertragung und werden mit Hilfe der Strömungsdynamik modelliert.
Der Sternnasenmolch und die amerikanische Wasserspitzmaus können unter Wasser riechen, indem sie schnell durch ihre Nasenlöcher atmen und eine Blase erzeugen.
PulsationEdit
Wenn Blasen gestört werden (z. B. wenn eine Gasblase unter Wasser injiziert wird), schwingt die Wand. Obwohl diese Schwingung oft durch weitaus größere Formveränderungen verdeckt wird, verändert eine Komponente der Schwingung das Blasenvolumen (d. h. es handelt sich um eine Pulsation), die in Abwesenheit eines von außen angelegten Schallfeldes mit der Eigenfrequenz der Blase auftritt. Die Pulsation ist akustisch gesehen die wichtigste Komponente der Schwingung, denn durch die Änderung des Gasvolumens ändert sich der Druck, was zur Emission von Schall mit der Eigenfrequenz der Blase führt. Bei Luftblasen in Wasser kommt es bei großen Blasen (vernachlässigbare Oberflächenspannung und Wärmeleitfähigkeit) zu adiabatischen Schwingungen, d. h. es wird keine Wärme von der Flüssigkeit auf das Gas oder umgekehrt übertragen. Die Eigenfrequenz solcher Blasen wird durch die folgende Gleichung bestimmt:
f 0 = 1 2 π R 0 3 γ p 0 ρ {\displaystyle f_{0}={1 \über 2\pi R_{0}}{\sqrt {3\gamma p_{0} \über \rho }}
wobei:
- γ {\displaystyle \gamma }
ist das spezifische Wärmeverhältnis des Gases
- R 0 {\displaystyle R_{0}}
ist der stationäre Radius
- p 0 {\displaystyle p_{0}}
ist der stationäre Druck
- ρ {\displaystyle \rho }
ist die Massendichte der umgebenden Flüssigkeit
Bei Luftblasen in Wasser unterliegen kleinere Blasen isothermen Pulsationen. Die entsprechende Gleichung für kleine Blasen mit Oberflächenspannung σ (und vernachlässigbarer Flüssigkeitsviskosität) lautet
f 0 = 1 2 π R 0 3 p 0 ρ + 4 σ ρ R 0 {\displaystyle f_{0}={1 \über 2\pi R_{0}}{\sqrt {{3p_{0} \über \rho }+{4\sigma \über \rho R_{0}}}}}
