El Sonoluminescence es la emisión de explosiones cortas de la luz imploding las burbujas del en un líquido cuando es excitado por el sonido .
Historia
El efecto primero fue descubierto en la universidad de Colonia en 1934 como resultado de trabajo sobre el sonar . Schultes puso un transductor del ultrasonido en un tanque del líquido fotográfico del revelador . Esperaban acelerar el proceso de desarrollo. En lugar, notaron puntos minúsculos en la película después de convertirse, y realizaron que las burbujas en el líquido emitían la luz con el ultrasonido girado. Era demasiado difícil analizar el efecto en experimentos tempranos debido a el ambiente complejo de una gran cantidad de burbujas de breve duración. (Este experimento también se atribuye a N. Trillat en 1933 que también los acredite con descubrimiento independiente). Este fenómeno ahora se refiere como sonoluminescence de la multi-burbuja ( MBSL ).Más de 50 años más tarde, en el 1989, un adelanto importante en la investigación fue introducido por el Felipe Gaitan y el Lorenzo Crum, que podían producir solo sonoluminescence de la burbuja (SBSL). En SBSL, una sola burbuja, atrapada en una onda derecha acústica, emite un pulso de luz con cada compresión de la burbuja dentro de la onda derecha . Esta técnica no prohibió a más el estudio sistemático de del fenómeno, porque aisló los efectos complejos en un establo, burbuja fiable. Fue observado que la temperatura dentro de la burbuja era bastante caliente derretir el acero . El interés en sonoluminescence fue renovado cuando una temperatura interna de tal burbuja sobre un millón Kelvins fue postulada bien. Esta temperatura hasta el momento no se prueba concluyente, aunque los experimentos recientes conducidos por la Universidad de Illinois en el Urbana-Chamán dedujeron la temperatura aproximadamente 20.
Características
Sonoluminescence mayo o mayo no ocurrir siempre que una onda acústica de suficiente intensidad induzca se derrumbe a una cavidad gaseosa dentro de un líquido que rápidamente. Esta cavidad puede tomar la forma de una burbuja preexistente, o se puede generar con un proceso conocido como cavitación . Sonoluminescence en el laboratorio se puede hacer para ser estable, de modo que una sola burbuja se amplíe y se derrumbe una y otra vez en una manera periódica, emitiendo una explosión de la luz cada vez que se derrumba. Para que esto ocurra, una onda acústica derecha se fija dentro de un líquido, y la burbuja se sentará en un antinodo de la presión de la onda derecha. Las frecuencias de la resonancia dependen de la forma y del tamaño del envase en el cual se contiene la burbuja. Algunos hechos sobre sonoluminescence:
Los flashes ligeros de las burbujas son &mdash extremadamente corto; entre 35 y picosegundos de unas centenas de largo, con las intensidades máximas de la orden de 1-10 mW.
Las burbujas son muy pequeñas cuando emiten el &mdash ligero; cerca de 1 micrómetro en diámetro dependiendo del líquido ambiente (e. agua ) y del contenido de gas de la burbuja (e.
los pulsos del sonoluminescence de la Solo-burbuja pueden tener períodos y posiciones muy estables. De hecho, la frecuencia de flashes ligeros puede ser más estable que la estabilidad clasificada de la frecuencia del oscilador que hace las ondas acústicas que las conducen. Sin embargo, el análisis de estabilidad de la demostración de la burbuja que la burbuja sí mismo experimenta inestabilidades geométricas significativas, debido a, por ejemplo, el Bjerknes fuerza y las inestabilidades de Rayleigh-Taylor.
La adición de una pequeña cantidad del gas noble (tal como helio, argón, o xenón ) al gas en la burbuja aumenta la intensidad de la luz emitida.
La longitud de onda de la luz emitida es muy corta; el espectro puede alcanzar en el ultravioleta. La luz de longitudes de onda más cortas tiene energía más alta, y el espectro medido de la luz emitida parece indicar una temperatura en la burbuja por lo menos de 20.000 kelvins, hasta una temperatura posible superior a un megakelvin. La veracidad de estas estimaciones es obstaculizada por el hecho de que el agua, por ejemplo, absorbe casi todas las longitudes de onda debajo de 200 nanómetro. Esto ha llevado a las estimaciones de diferenciación en las temperaturas en la burbuja, puesto que se extrapolan de los espectros de emisión tomados durante derrumbamiento, o estimados usar una ecuación modificada de Rayleigh-Plesset (véase abajo). Algunas estimaciones pusieron el interior de la burbuja en un gigakelvin. Estas estimaciones se basan en los modelos que no se pueden verificar actualmente, y pueden incluir demasiadas asunciones sin apoyo.
Las temperaturas este colmo hacen el estudio de sonoluminescence especialmente interesante para la posibilidad que puede ser que produzca un método para alcanzar la fusión termonuclear . Si la burbuja es bastante caliente, y es la presión en ella arriba bastante, las reacciones de fusión como los que ocurren en el Sun y otras estrellas se podrían producir dentro de estas burbujas minúsculas. Esta posibilidad se refiere a veces como fusión de la burbuja.
El el el 27 de enero, el 2006, investigadores en el instituto politécnico de Rensselaer demandó haber producido reacciones de fusión por sonoluminescence, sin una fuente de neutrón externa, según un papel publicado en las letras físicas de la revisión. Hasta la fecha, estos resultados no han sido reproducidos por otros miembros de la comunidad científica.
Los experimentos recientes ( 2002, 2005 ) de R. Taleyarkhan, y otros, usar la acetona deuterizada, las medidas de la demostración del tritio y el neutrón hicieron salir constante con la fusión, pero estas medidas no se han reproducido fuera del laboratorio de Taleyarkhan y no siguen siendo polémicas. Brian Naranjo de la Universidad de California, Los Ángeles, ha terminado recientemente un análisis de los resultados de Taleyarkhan que demandaban que Taleyarkhan había malinterpretado muy probablemente el decaimiento radiactivo de los materiales estándar del laboratorio para los subproductos de la fusión nuclear.
Escribiendo en la naturaleza, el David J. Flannigan de los químicos y el Kenneth S. Suslick estudian burbujas del argón en el ácido sulfúrico y demuestran que el , el monóxido ionizado del sulfuro, y el argón atómico que puebla estados emocionados de gran energía son presente que implica que la burbuja tiene una base caliente del plasma. Precisan que la ionización y la energía de la excitación del catión del dioxygenyl es 18 electronvoltios y no se puede formar así termal; sugirieron que fuera producido por impacto de gran energía del electrón del plasma opaca caliente en el centro de la burbuja (naturaleza 434, 52 - 55 (3 de marzo de 2005); doi: 10.
Mecánicos flúidos
La dinámica del movimiento de la burbuja es caracterizada a una primera aproximación por la ecuación de Rayleigh-Plesset del
Ésta es una ecuación aproximada que se deriva compresible Navier-Alimenta las ecuaciones, y describe el movimiento del radio de la burbuja en función del tiempo . Aquí, el es la viscosidad, la presión, y la tensión de superficie . Esta ecuación, aunque aproximada, se ha demostrado para dar buenas estimaciones en el movimiento de la burbuja bajo derrumbamiento de la presión conducida acústico de la burbuja.
Mecanismo del fenómeno
El mecanismo del fenómeno del sonoluminescence sigue siendo sin resolver. Las teorías incluyen: apuroses, radiación de Bremsstrahlung, radiación inducida y luz Non-classical, protón de la colisión de las descargas de corona que hace un túnel, jets fractoluminescent (ahora en gran parte desacreditada electrodinámico de los jets debido a la evidencia experimental contraria), y así sucesivamente. Lohse, publicó un sonoluminescence" de la burbuja de la revisión de 60 páginas; (Revisiones de la física moderna 74, 425) que contiene una explicación detallada del mecanismo. Un factor importante es que la burbuja contiene principalmente el gas noble inerte tal como argón o xenón (el aire contiene el argón del cerca de 1%, y la cantidad disuelta en agua es demasiado grande -- para que el sonoluminescence ocurra, la concentración se debe reducir a 20-40% de su valor del equilibrio) y de las cantidades de variación de vapor de agua. Las reacciones químicas causan el nitrógeno y el oxígeno que se quitarán de la burbuja después de que extensión-se derrumben cerca de cientos los ciclos. La burbuja entonces comenzará a emitir la luz para el intercambio del gas en la Solo-Burbuja Sonoluminescence", Matula y Crum, Phys.Durante derrumbamiento de la burbuja, la inercia del agua circundante causa de alta velocidad y la alta presión, alcanzando alrededor 10000 K dentro de la burbuja, causando la ionización de una pequeña fracción del presente del gas noble. La cantidad ionizada es bastante pequeña para que la burbuja siga siendo transparente, permitiendo la emisión del volumen; la emisión superficial produciría una luz más intensa de una duración más larga, dependiente en la longitud de onda, contradiciendo resultados experimentales. Los electrones de los átomos ionizados obran recíprocamente principalmente con los átomos neutrales que causan la radiación termal de Bremsstrahlung. Como la onda golpea un canal de la energía baja, las gotas de presión, permitiendo que los electrones recombinen con los átomos, y la emisión ligera que cesen debido a esta carencia de electrones libres. Esto hace para 160 una pulsación de luz del picosegundo para el argón (incluso una pequeña gota en temperatura causa una gota grande en la ionización, una debido a la energía en relación con grande del fotón de la energía de ionización). Esta descripción se simplifica de la literatura arriba, que detalla varios pasos de la duración de diferenciación a partir de 15 microsegundos (extensión) a 100 picosegundos (emisión).
Los cómputos basados en la teoría presentada en la revisión producen parámetros de la radiación (tiempo de la intensidad y de la duración contra longitud de onda) los resultados experimentales de ese fósforo con no más en gran parte que previsto de los errores debido a algunas simplificaciones (e. si se asume que una temperatura uniforme en la burbuja entera), así que parece que el fenómeno del sonoluminescence por lo menos está explicado áspero, aunque algunos detalles del proceso sigan siendo obscuros.
Ofertas exóticas
Una teoría inusualmente exótica del sonoluminescence, que ha recibido mucha atención popular, con todo es considerada tener un efecto marginal en el mecanismo de SBSL por la comunidad científica at large, es la teoría de la energía de Casimiro propuesta por el Claudia Eberlein, físico en la universidad de Sussex . En 1996, fue sugerido que la luz en sonoluminescence es generada por el vacío alrededor de la burbuja en un proceso similar a la radiación Hawking, la radiación generada por los bordes de los calabozos que la teoría de Quantum sostiene que un vacío está llenado de las partículas virtuales y el interfaz rápido de mudanza entre el agua y el aire convierte los fotones virtuales en los fotones verdaderos. Esto se relaciona con el efecto de Unruh o el efecto de Casimiro. Si es verdad, el sonoluminescence puede ser el primer ejemplo observable de la radiación del vacío del quántum., Sin embargo, se sostiene que el mecanismo que lleva a los efectos antedichos no ocurre en escala de tiempo apropiados para describir el espectro observado de SBSL, que se piensa para obedecer probablemente un derrumbamiento clásico de la cavitación; y el modelo de Casimiro se ha relegado así en gran parte a la posición de un remanente ancilar del campo at large.
¡Sonoluminescence< biológico! -- Esta sección se liga del fenómeno óptico -->
producto del camarón de pistola (también llamado camarón de rotura del ) un tipo de sonoluminescence de una burbuja que se derrumba causada rápidamente encajando a presión una garra especializada. La luz producida es de una intensidad más reducida que la luz producida por sonoluminescence típico, y no es visible al ojo desnudo. No tiene muy probablemente ninguna significación biológica, y es simplemente un subproducto de la onda expansiva, que este uso del camarón de atontar o presa de la matanza. Sin embargo, es el primer caso sabido de una luz que produce animal por este efecto, y era " caprichoso doblado; shrimpoluminescence" sobre su descubrimiento en octubre 2001 . Se ha descubierto posteriormente que otro grupo de camarón, el camarón de predicador, contiene la especie cuyo club-como forelimbs puede pegar tan rápidamente y con tal fuerza en cuanto a inducir las burbujas sonoluminescent de la cavitación sobre impacto.
Referencias culturales
En los tebeos de los X-Hombres, el Dazzler de Alison Blaire a. tiene esto como su " Mutante Power".Sonoluminescence fue ofrecido en la reacción en cadena de la película, el starring Keanu laborea y el Morgan Freeman .
Sonoluminescence es utilizado por los artistas Evelina Domnitch y Dmitry Gelfand para crear una instalación tridimensional; la cantidad de estas ilustraciones es ofrecida en un DVD, junto con música por los artistas tales como Alva Noto y Taylor Deupree, lanzado en la línea etiqueta del . * Una bomba de la fusión fría basada en sonoluminescence se ofrece en el examen final de los límites del episodio externo del .
Sonoluminescence es la razón de un carácter que brilla intensamente en el " del episodio de Eureka ; Dios está en los detalles . "
Sonoluminescence es ofrecido como proyecto de la feria de ciencia por los carácteres secundarios Glynis y Friedman en el Juan del del " del episodio de la Arcadia ; Jump", y se menciona un número de veces en los episodios que conducen a la feria de ciencia.
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