Bubble (fizică)

Bule de aer într-o ceașcă de cafea .

Bule într-un vin roșu ( Lambrusco Grasparossa di Castelvetro rosso ).

Un balon este un buzunar de gaz sau vapori scufundat într-o altă substanță, de obicei un fluid ( lichid sau gaz ).

Un tip de balon pe care îl cunoașteți în mod deosebit este balonul de săpun .

Exemple de bule și geneza lor

Bulele pot fi generate prin mai multe mecanisme.

Iată câteva exemple de bule și mecanismul din spatele lor:

bule de săpun : constau dintr-un strat subțire de apă și săpun , stabilizat de acțiunea agentului tensioactiv care alcătuiește săpunul;
bule în băuturile carbogazoase : derivă din dioxidul de carbon dizolvat în băutură; dioxidul de carbon rămâne dizolvat în băutură datorită presiunii existente în interiorul sticlei, dar la deschiderea capacului presiunea scade (până la valoarea presiunii ambiante) și excesul de dioxid de carbon este eliberat sub formă de bule;
bule în apa unei cascade : provin din amestecul apei cu aerul, care are loc în timpul căderii apei;
bule în spuma de mare: ca și în cazul cascadelor, acestea provin din amestecul apei cu aerul, care în acest caz se datorează acțiunii valurilor;
bule care își au originea în reacții chimice : în acest caz formarea de bule se datorează faptului că reactanții sunt în stare lichidă sau solidă, în timp ce produsele reacției sunt în stare gazoasă;
bula de aer în interiorul unui nivel : în acest caz, bula se datorează umplerii parțiale a containerului;
bule într-o cratiță cu apă clocotită: în acest caz bulele provin din fenomenul apei clocotite .

Forma bulelor

În general, bulele au o formă sferică, dar în funcție de condițiile dinamice fluide particulare pot apărea în forme neobișnuite: în această imagine, de exemplu, este vizibilă o bulă toroidală .

Bula individual, într-un mediu omogen și în condiții de echilibru, își asumă o formă sferică; acest lucru se datorează faptului că tensiunea superficială permite, pentru același volum , forma cu suprafața exterioară mai mică, care este reprezentată de sferă.

În general, bulele pot avea cele mai disparate forme, în funcție de amploarea forțelor care pot perturba aspectul sferic al bulei; în special este necesar în primul rând să se ia în considerare condițiile dinamice ale fluidului mediului în care sunt dispersate bulele. De exemplu, o bulă care se ridică printr-un lichid poate avea o formă mai mult sau mai puțin aplatizată în funcție de mai mulți factori, printre care: viteza cu care se ridică, vâscozitatea fluidului care o înconjoară și dimensiunea bulei.

În cazul în care două sau mai multe bule intră în contact, acestea se pot uni pentru a forma o structură mai complexă; de exemplu, două bule identice își păstrează forma sferică departe de zona de intersecție, care este constituită dintr-un cerc.

Durata bulelor

Durata bulelor, geneza lor și diferitele proprietăți depind atât de parametrii de mediu, cât și de factorii intrinseci substanțelor implicate. Din acest motiv, o analiză aprofundată a unei bule trebuie trimisă la cazul specific și nu poate fi generalizată.

O formulare teoretică a dinamicii unei bule sferice cufundată într-un lichid infinit este obținută prin ecuația Rayleigh-Plesset .

Tensiunea superficială a unei bule

Indicând cu $P_{i}$ ${\ displaystyle P_ {i}}$ $P_i$ Și $P_{e}$ ${\ displaystyle P_ {e}}$ ${\ displaystyle P_ {e}}$ presiunile interne și externe ale bulei, tensiunea superficială este legată de presiuni prin următoarea relație: ^[1]

P_{i}-P_{e}={2{\gamma } \over {r}}

{\ displaystyle P_ {i} -P_ {e} = {2 {\ gamma} \ peste {r}}}

{\ displaystyle P_ {i} -P_ {e} = {2 {\ gamma} \ peste {r}}}

unde este:

$\scriptstyle \gamma$ ${\ displaystyle \ scriptstyle \ gamma}$ $\ scriptstyle \ gamma$ este tensiunea superficială (J / m² sau N / m);
r este raza bulei (m).

Aplicații în inginerie

Utilizarea bulelor de aer într-o instalație de flotație pentru producția de cupru .

Din punct de vedere tehnic , suprafața unei bule constituie interfața de separare între o „ fază dispersată” (reprezentată de gazul sau vaporii din interiorul bulei) și o „fază continuă” (reprezentată de lichidul care înconjoară bula).

Prin suprafața bulei este posibil să existe transferul de masă (prin difuzie ) și energie (de exemplu căldură ), deci din punct de vedere termodinamic o bulă este un sistem deschis .

Prin urmare, bulele pot fi utilizate în echipamente chimice în care este necesar să se efectueze schimbul de materie și energie între o fază lichidă și o fază gazoasă. Un exemplu în acest sens sunt coloanele cu bule , în care gazul este injectat din partea de jos a echipamentului printr-un distribuitor, care are găuri din care gazul iese sub formă de bule, care se ridică de-a lungul lichidului conținut în echipament. schimbă materia și energia cu faza lichidă; coloanele cu bule pot fi utilizate pentru efectuarea operațiunii de absorbție a gazului-lichid sau ca reactor gaz-lichid bifazat . ^[2]

Un alt exemplu de aplicare a bulelor în domeniul ingineresc este procesul de flotație , care exploatează acțiunea de antrenare a bulelor pentru a transporta particulele solide suspendate în lichidul care urmează să fie tratate către suprafața suprafeței libere .

Bulele sunt, de asemenea, utilizate în camera cu bule , un instrument pentru detectarea particulelor elementare , constând dintr-un rezervor în interiorul căruia există un lichid supraîncălzit. Atunci când o particulă încărcată traversează camera cu bule, dă naștere unor perturbații care duc la formarea de bule: în acest fel este posibil să se dezvăluie particule foarte mici datorită prezenței bulelor originare în trecerea sa.

Bulele pot fi folosite și pentru a produce energie luminoasă prin fenomenul sonoluminescenței . ^[3]

Notă

^ Bubble - din Lumea fizicii a lui Eric Weisstein
^ Deckwer .
^(EN) "Teoria emisiilor de lumină în sonoluminiscență bazată pe tranziții în atomi limitați" , L. și A. Fortunato Torrielli, Eur. Phys.J. D 33 (3), 315-322 (2005).

Bibliografie

( EN ) L. van Wijngaarden, Mecanica și fizica bulelor în lichide , Springer, 1982, ISBN 90-247-2625-5 .
( EN ) John R. Blake, JM Boulton-Stone, NH Thomas, Bubble dinamica și fenomenele de interfață , Kluwer Academic Publishers, 1994, ISBN 0-7923-3008-0 .
( EN ) Wolf-Dieter Deckwer, Bubble column reactors, Wiley, 1992, ISBN 0-471-91811-3 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține lema dicționarului „ bulă ”
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe balon

linkuri externe

(EN) Puzzle-uri cu bule , pe scitation.aip.org. Adus la 13 februarie 2021 (Arhivat din original la 14 aprilie 2013) .
(EN) Ryan C. Rankin, The Physics of Bubbles, Antibubbles, and all That , la ffden-2.phys.uaf.edu .

Controlul autorității	Tezaur BNCF 36645 · LCCN (EN) sh85017399 · BNF (FR) cb123437442 (data)

Portalul chimiei

Portalul de fizică

[1] Bubble - din Lumea fizicii a lui Eric Weisstein

[2] Deckwer .

[3] (EN) "Teoria emisiilor de lumină în sonoluminiscență bazată pe tranziții în atomi limitați" , L. și A. Fortunato Torrielli, Eur. Phys.J. D 33 (3), 315-322 (2005).

[1]

[2]

[3]