Zvuk s teplotou tisícov stupňov. Experimentujte a experimentujte znova!

Zvuk s teplotou tisícov stupňov

Igor Ivanov

  • Záblesk generovaný zvukom
  • Experimentujte a experimentujte znova!
  • Extra trieda laboratória pre chemikov a materiálov vedec
  • Sonoluminiscence v medicíne: diagnostické zariadenie a skalpel
  • "Nedáme sa predpovedať …"

Experimentujte a experimentujte znova!

Spektrum sonoluminiscenčného svetla pre počiatočné bubliny rôznych veľkostí. Čím väčšia je počiatočná veľkosť, tým viac je asymetrický proces kompresie a tým nižšia je teplota. Vzhľad a zmiznutie jednotlivých emisných vedení dokazuje tepelnú povahu sonoluminiscencie (obrázok z www.scientific.ru)

Kľúčom k riešeniu celého súboru hádaniek boli pokusy viacbublinová sonoluminiscenciaktorú uskutočnila niekoľko výskumných skupín v polovici 90. rokov. Viacbublinová sonoluminiscencia (luminiscencia spôsobená kontinuálnou produkciou a kolapsom mnohých jednotlivých bublín) je ako "degradovaná" verzia bežného, Jedna bublina sonoluminiscence, keďže ultrazvuková vlna v tomto prípade nie je zameraná na bod, ale na určitý objem kvapaliny. Pokusy ukázali, že žiarivosť je v tomto prípade tmavšia ako pri jednej bubline a najdôležitejšie je, že v jej spektre boli oddelené jasné emisné línie.Bolo zistené, že tieto emisné línie patrili k excitovaným hydroxylovým radikálom – fragmentom molekuly vody, ktoré sa objavujú pri vysokej teplote, ako aj k atómom a iónom látok rozpustených vo vode. Teplota žiariaceho plynu, obnovená týmito lúčmi, bola približne 2000 až 5000 Kelvinov.

Keďže takéto teploty sú dosiahnuté aj v prípade "oslabeného", spektrum jednolubovoľnej sonoluminiscencie sa stáva prekvapujúcim. Experimenty uskutočnené na začiatku roku 2000 skupinou Kennetha Suslicka z Illinoisu a inými vedcami potvrdili, že v tomto prípade môže teplota dosiahnuť niekoľko desiatok tisíc kelvinov. Pri takých vysokých teplotách (a teda aj vysokých tlakoch) v bubline sa jednotlivé excitované ióny tak často navzájom zlučujú, že jednoducho nemajú čas "začať blikať" svoje charakteristické emisné línie, čo vysvetľuje plynulosť spektra.

Pokrok v experimente viedol k vytvoreniu teoretického popisu sonoluminiscencie. Vo všeobecnosti je to situácia: pod pôsobením tlaku ultrazvukových vĺn sa bublina stlačí s veľkým zrýchlením, zahrieva sa vodná para vnútri a všetko, čo sa rozpustilo vo vode. Je to však len "prvá fáza" vykurovania.V posledných momentoch jeho existencie bublina dosiahne nadzvukovú rýchlosť kompresie a generuje zrútenú nárazovú vlnu, ktorá môže náhle zvýšiť teplotu niekoľkokrát. Účinnosť vykurovania závisí od zloženia plynu: je známe, že čím sú molekuly plynu jednoduchšie, tým viac sa ohrieva počas kompresie. To vysvetľuje vplyv inertných (monatomických) plynov na jas oslnivého osvetlenia. Navyše, jedna sféricky symetrická bublina prechádza najefektívnejšou kompresiou, ktorá vedie k takej vysokej teplote jednolubovoľnej sonoluminiscencie. Je zaujímavé, ako sa najrôznejšie oblasti fyziky prelínajú opisom tohto javu: akustika, nadzvuková hydrodynamika, teória stability, molekulová fyzika, fyzika plazmy.


Like this post? Please share to your friends:
Zvuk s teplotou tisícov stupňov ">
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: