A buborékok azért alakulnak ki és egyesülnek gömb alakúvá, mert ezek az alakzatok alacsonyabb energiaállapotban vannak. A mögötte álló fizikát és kémiát lásd a magképződésnél.
MegjelenésSzerkesztés
A buborékok azért láthatóak, mert más a törésmutatójuk (RI), mint a környező anyagé. Például a levegő RI-je körülbelül 1,0003, a víz RI-je pedig körülbelül 1,333. Snell törvénye leírja, hogy az elektromágneses hullámok hogyan változtatnak irányt két különböző IR-jű közeg közötti határfelületen; így a buborékok a kísérő fénytörésből és belső visszaverődésből azonosíthatók, még akkor is, ha mind a merülő, mind a merülő közeg átlátszó.
A fenti magyarázat csak az egyik közeg buborékaira érvényes, amelyek egy másik közegbe merülnek (pl. gázbuborékok egy üdítőitalban); a membránbuborék térfogata (pl. szappanbuborék) nem nagyon torzítja a fényt, és egy membránbuborékot csak a vékonyréteg diffrakciója és reflexiója miatt lehet látni.
AlkalmazásokSzerkesztés
A magképződés szándékosan előidézhető, például egy szilárd anyagban buborékgramm létrehozása céljából.
Az orvosi ultrahangos képalkotásban a kontrasztanyagnak nevezett apró, kapszulázott buborékokat a kontraszt fokozására használják.
A termikus tintasugaras nyomtatásban a gőzbuborékokat működtetőként használják. Alkalmanként más mikrofluidikai alkalmazásokban is használják őket aktuátorként.
A buborékok erőszakos összeomlása (kavitáció) szilárd felületek közelében és az ebből eredő becsapódó sugár alkotja az ultrahangos tisztításban használt mechanizmust. Ugyanezt a hatást, de nagyobb léptékben, használják a fókuszált energiájú fegyverek, például a páncélököl és a torpedó. A pisztolygarnélák szintén az összeomló kavitációs buborékot használják fegyverként. Ugyanezt a hatást használják a vesekövek kezelésére a litotripterben. A tengeri emlősök, például a delfinek és a bálnák szórakoztatásra vagy vadászati eszközként használják a buborékokat. A levegőztetők buborékok befecskendezésével gázok oldódását idézik elő a folyadékban.
A vegyész- és kohómérnökök olyan műveleteknél támaszkodnak a buborékokra, mint a desztilláció, az abszorpció, a flotálás és a permetszárítás. A bonyolult folyamatok gyakran igénylik a tömeg- és hőátadás figyelembevételét, és ezeket áramlástani modellezéssel modellezik.
A csillagorrú vakond és az amerikai vízi cickány úgy tud szagolni a víz alatt, hogy orrlyukain keresztül gyorsan lélegzik, és buborékot hoz létre.
PulzálásSzerkesztés
Ha a buborékokat megzavarják (például amikor gázbuborékot injektálnak a víz alá), a fal rezeg. Bár ezt vizuálisan gyakran elfedik sokkal nagyobb alakváltozásai, a rezgés egy komponense megváltoztatja a buborék térfogatát (azaz pulzációról van szó), amely kívülről ráerőltetett hangmező hiányában a buborék sajátfrekvenciáján jelentkezik. Akusztikai szempontból a pulzáció a rezgés legfontosabb összetevője, mivel a gáz térfogatának megváltoztatásával a gáz nyomása is megváltozik, és ez a buborék természetes frekvenciáján történő hangkibocsátáshoz vezet. A vízben lévő légbuborékok esetében a nagy buborékok (elhanyagolható felületi feszültség és hővezető képesség) adiabatikus pulzáción mennek keresztül, ami azt jelenti, hogy sem a folyadékból a gázba, sem fordítva nem adódik át hő. Az ilyen buborékok sajátfrekvenciáját az egyenlet határozza meg:
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} \over \rho }}}
hol:
- γ {\displaystyle \gamma }
a gáz fajhőhányadosa
- R 0 {\displaystyle R_{0}}
az állandósult állapotú sugár
- p 0 {\displaystyle p_{0}}
az állandósult állapotú nyomás
- ρ {\displaystyle \rho }
a környező folyadék tömegsűrűsége
Vízben lévő légbuborékok esetében a kisebb buborékok izoterm pulzációnak vannak kitéve. A σ felületi feszültségű (és elhanyagolható folyadék viszkozitású) kis buborékok megfelelő egyenlete
f 0 = 1 2 π R 0 3 p 0 ρ + 4 σ ρ ρ R 0 {\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {{3p_{0}} \over \rho }+{4\sigma \over \rho R_{0}}}}}
