Bellen vormen zich tot bolvormige vormen, en smelten samen, omdat die vormen zich in een lagere energietoestand bevinden. Voor de natuurkunde en scheikunde hierachter, zie nucleatie.
UiterlijkEdit
Bellen zijn zichtbaar omdat ze een andere brekingsindex (RI) hebben dan de omringende stof. Bijvoorbeeld, de RI van lucht is ongeveer 1,0003 en de RI van water is ongeveer 1,333. De Wet van Snell beschrijft hoe elektromagnetische golven van richting veranderen op het grensvlak tussen twee media met verschillende RI; zo kunnen bellen worden geïdentificeerd aan de hand van de begeleidende breking en interne reflectie, ook al zijn zowel het ondergedompelde als het onderdompelende medium doorzichtig.
De bovenstaande verklaring geldt alleen voor bellen van een medium ondergedompeld in een ander medium (b.v. gasbellen in een frisdrank); het volume van een membraanbel (b.v. zeepbel) zal het licht niet erg vervormen, en men kan een membraanbel alleen zien door dunne-film diffractie en reflectie.
ToepassingenEdit
Nucleatie kan opzettelijk worden opgewekt, bijvoorbeeld om een bubbelgram in een vaste stof te maken.
In medische echografie, worden kleine ingekapselde bellen genoemd contrastmiddel gebruikt om het contrast te verbeteren.
In thermische inkjetdruk, worden dampbellen gebruikt als actuatoren. Zij worden nu en dan in andere microfluïdische toepassingen als actuatoren gebruikt.
Het gewelddadige ineenstorten van bellen (cavitatie) nabij vaste oppervlakken en de resulterende botsende straal vormen het mechanisme dat bij ultrasone reiniging wordt gebruikt. Hetzelfde effect, maar op grotere schaal, wordt gebruikt in gerichte energiewapens zoals de bazooka en de torpedo. Pistoolgarnalen gebruiken ook een ineenstortende cavitatiebel als wapen. Hetzelfde effect wordt gebruikt om nierstenen te behandelen in een lithotripter. Zeezoogdieren zoals dolfijnen en walvissen gebruiken bellen als vermaak of als jachtgereedschap. Beluchters zorgen voor het oplossen van gas in de vloeistof door het injecteren van bellen.
Chemische en metallurgische ingenieurs vertrouwen op bellen voor bewerkingen zoals distillatie, absorptie, flotatie en sproeidrogen. De complexe processen in kwestie vereisen vaak aandacht voor massa en warmteoverdracht, en worden gemodelleerd met behulp van vloeistofdynamica.
De sterneusmol en de Amerikaanse waterspitsmuis kunnen onder water ruiken door snel door hun neusgaten te ademen en een luchtbel te creëren.
PulsatieEdit
Wanneer luchtbellen worden verstoord (bijvoorbeeld wanneer een gasbel onder water wordt geïnjecteerd), trilt de wand. Hoewel dit vaak visueel wordt gemaskeerd door veel grotere vormveranderingen, verandert een component van de trilling het volume van de bel (het is pulsatie) die, bij afwezigheid van een van buitenaf opgelegd geluidsveld, optreedt bij de natuurlijke frequentie van de bel. De pulsatie is akoestisch gezien de belangrijkste component van de oscillatie, omdat door de verandering van het gasvolume ook de druk verandert, hetgeen leidt tot de emissie van geluid met de natuurlijke frequentie van de bel. Voor luchtbellen in water geldt dat grote bellen (verwaarloosbare oppervlaktespanning en thermische geleidbaarheid) adiabatische pulsaties ondergaan, hetgeen betekent dat er geen warmte wordt overgedragen van de vloeistof naar het gas of omgekeerd. De natuurlijke frequentie van dergelijke bellen wordt bepaald door de vergelijking:
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 }}
waar:
- γ {\an8}}
de specifieke warmteverhouding van het gas is
- R 0 {\displaystyle R_{0}}
de straal in stationaire toestand
- p 0 {Displaystyle p_{0}}
is de stationaire druk
- ρ {\displaystyle \rho }
is de massadichtheid van de omringende vloeistof
Voor luchtbellen in water geldt dat kleinere bellen isotherme pulsaties ondergaan. De bijbehorende vergelijking voor kleine bellen met oppervlaktespanning σ (en verwaarloosbare vloeistofviscositeit) is
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} \R_{0}+{4}sigma R_{0}
