Las burbujas se forman, y se unen, en formas globulares, porque esas formas están en un estado de energía más bajo. Para la física y la química que hay detrás, véase nucleación.
AspectoEditar
Las burbujas son visibles porque tienen un índice de refracción (IR) diferente al de la sustancia que las rodea. Por ejemplo, el IR del aire es aproximadamente 1,0003 y el del agua es aproximadamente 1,333. La Ley de Snell describe cómo las ondas electromagnéticas cambian de dirección en la interfaz entre dos medios con diferente IR; así, las burbujas pueden identificarse a partir de la refracción y la reflexión interna que las acompañan, aunque tanto el medio sumergido como el de inmersión sean transparentes.
La explicación anterior sólo es válida para las burbujas de un medio sumergidas en otro medio (por ejemplo, burbujas de gas en un refresco); el volumen de una burbuja de membrana (por ejemplo burbuja de jabón) no distorsionará mucho la luz, y sólo se puede ver una burbuja de membrana debido a la difracción y reflexión de la capa fina.
AplicacionesEditar
La nucleación se puede inducir intencionadamente, por ejemplo para crear un bubblegrama en un sólido.
En las imágenes médicas por ultrasonido, se utilizan pequeñas burbujas encapsuladas llamadas agente de contraste para mejorar el contraste.
En la impresión térmica por inyección de tinta, las burbujas de vapor se utilizan como actuadores. Ocasionalmente se utilizan en otras aplicaciones de microfluidos como actuadores.
El violento colapso de las burbujas (cavitación) cerca de las superficies sólidas y el chorro resultante que impacta constituyen el mecanismo utilizado en la limpieza por ultrasonidos. El mismo efecto, pero a mayor escala, se utiliza en las armas de energía focalizada, como la bazuca y el torpedo. Los camarones pistola también utilizan como arma una burbuja de cavitación que colapsa. El mismo efecto se utiliza para tratar los cálculos renales en un litotriptor. Los mamíferos marinos, como los delfines y las ballenas, utilizan las burbujas como entretenimiento o como herramientas de caza. Los aireadores provocan la disolución del gas en el líquido mediante la inyección de burbujas.
Los ingenieros químicos y metalúrgicos confían en las burbujas para operaciones como la destilación, la absorción, la flotación y el secado por aspersión. Los complejos procesos implicados a menudo requieren tener en cuenta la transferencia de masa y calor, y se modelan utilizando la dinámica de fluidos.
El topo de nariz estrellada y la musaraña de agua americana pueden oler bajo el agua respirando rápidamente por sus fosas nasales y creando una burbuja.
PulsaciónEditar
Cuando las burbujas son perturbadas (por ejemplo, cuando se inyecta una burbuja de gas bajo el agua), la pared oscila. Aunque a menudo queda enmascarada visualmente por deformaciones mucho mayores en la forma, un componente de la oscilación cambia el volumen de la burbuja (es decir, es la pulsación) que, en ausencia de un campo sonoro impuesto externamente, se produce a la frecuencia natural de la burbuja. La pulsación es el componente más importante de la oscilación, desde el punto de vista acústico, porque al cambiar el volumen del gas, cambia su presión, y conduce a la emisión de sonido a la frecuencia natural de la burbuja. En el caso de las burbujas de aire en el agua, las burbujas grandes (tensión superficial y conductividad térmica despreciables) sufren pulsaciones adiabáticas, lo que significa que no se transfiere calor ni del líquido al gas ni viceversa. La frecuencia natural de estas burbujas viene determinada por la ecuación:
f 0 = 1 2 π R 0 3 γ p 0 ρ {\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}{sqrt {3\gamma p_{0} \sobre R_0}}
donde:
- γ {\displaystyle \gamma }
es la relación de calor específico del gas
- R 0 {\displaystyle R_{0}}
es el radio en estado estacionario
- p 0 {\displaystyle p_{0}}
es la presión en estado estacionario
- ρ {\displaystyle \rho }
es la densidad de masa del líquido circundante
Para las burbujas de aire en el agua, las burbujas más pequeñas sufren pulsaciones isotérmicas. La ecuación correspondiente para burbujas pequeñas de tensión superficial σ (y viscosidad del líquido despreciable) es
f 0 = 1 2 π R 0 3 p 0 ρ + 4 σ ρ R 0 {\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{sqrt {{3p_{0}} \sobre R_{0}}+{4}{sigma}{sobre R_{0}}
