거품(물리학)

Bubble (physics)
물속에서 스쿠버 다이버로부터 솟아오르는 기포
공기 중에 떠다니는 비누 거품

기포는 보통 [1]액체 속의 기체인 다른 물질의 구상이다.마랑고니 효과로 인해 거품이 침지 물질 표면에 닿아도 손상되지 않을 수 있습니다.

일반적인 예

거품은 일상생활의 많은 곳에서 볼 수 있습니다. 예를 들어 다음과 같습니다.

물리 화학

거품이 형성되고 뭉쳐지는 것은 그 모양들이 더 낮은 에너지 상태에 있기 때문입니다.물리학과 화학은 핵 형성을 참조하십시오.

외모

청량음료에서 솟아오르는 가스 거품

기포는 주위 물질과 굴절률(RI)이 다르기 때문에 볼 수 있다.예를 들어 공기의 RI는 약 1.0003이고 물의 RI는 약 1.333입니다.스넬의 법칙은 서로 다른 RI를 가진 두 매체의 계면에서 전자파가 어떻게 방향을 바꾸는지 기술합니다. 따라서 침지 매체와 침지 매체가 모두 투명하더라도 그에 따른 굴절과 내부 반사로 기포를 식별할 수 있습니다.

위의 설명은 다른 매체에 잠긴 매체의 기포(청량 음료의 가스 기포 등)에 대해서만 유효하다.막 기포의 부피(비누 기포 등)는 빛을 크게 왜곡시키지 않으며 박막 회절과 반사로 인해 막 기포를 볼 수 있을 뿐이다.

적용들

예를 들어 고체 내에 버블그램을 생성하기 위해 의도적으로 핵생성을 유도할 수 있다.

의료용 초음파 촬영에서는 조영제라고 불리는 작은 캡슐화 기포를 사용하여 조영제를 강화합니다.

서멀 잉크젯 인쇄에서는 증기 기포가 액튜에이터로 사용됩니다.다른 마이크로유체학 애플리케이션에서 액추에이터로 [2]사용되는 경우가 있습니다.

고체 표면 근처의 기포(협착)의 격렬한 붕괴와 그에 따른 충돌 제트는 초음파 세척에 사용되는 메커니즘입니다.바주카나 어뢰와 같은 집중 에너지 무기에도 같은 효과가 사용되지만 더 큰 규모로 사용된다.권총새우는 또한 무너지는 캐비테이션 거품을 무기로 사용한다.신장결석치료에도 같은 효과가 사용된다.돌고래와 고래와 같은 해양 포유류는 오락이나 사냥 도구로 거품을 사용한다.에어로케이터는 기포를 주입하여 액체 중의 기체를 용해시킨다.

거품은 화학 및 야금 공학자들이 증류, 흡수, 부유 및 스프레이 건조와 같은 공정에서 사용합니다.관련된 복잡한 프로세스는 종종 질량 및 열 전달을 고려해야 하며 유체 [3]역학을 사용하여 모델링됩니다.

별코두더지와 미국물쥐들은 코로 빠르게 숨을 쉬고 [4]거품을 만들어 물속에서 냄새를 맡을 수 있다.

지구 생명체의 기원에 대한 연구는 거품이 현재 세포막에 [5]의해 수행되는 기능인 생명을 위한 전구 분자를 감금하고 집중시키는 데 필수적인 역할을 했을 수 있다는 것을 시사한다.

맥동

기포가 교란되면(예를 들어 물속에 기포가 주입되는 경우), 벽이 진동합니다.훨씬 더 큰 형태의 변형에 의해 종종 시각적으로 가려지지만, 진동 성분은 외부에서 가해진 음장이 없을 때 기포의 고유 주파수로 발생하는 기포 부피를 변화시킵니다(즉, 맥동).맥동은 음향학적으로 진동에 가장 중요한 요소입니다. 왜냐하면 가스량을 바꿈으로써 압력을 변화시키고 버블의 고유 주파수로 소리를 방출하기 때문입니다.물 속 기포의 경우, 큰 기포(표면 장력과 열전도율)는 단열 맥동을 일으키며, 이는 열이 액체에서 기체로 또는 그 반대로 전달되지 않음을 의미합니다.이러한 기포의 고유 진동수는 다음 [6][7]방정식에 의해 결정된다.

여기서:

  • \display는 가스의 비열비입니다.
  • 0은 정상 상태 반지름입니다.
  • 0은 정상 상태 압력입니다.
  • \rho는 주변 액체의 질량 밀도입니다.

물 속의 기포는 작은 기포가 등온 맥동을 일으킨다.표면 장력의 작은 기포 δ(및 무시할 수 있는 액체 점도)에[7] 대한 해당 방정식은 다음과 같다.

물속에 갇힌 들뜬 기포는 손가락 관절 [8]균열이나 빗방울이 [9][10]수면에 닿을 때 등 액체 소리의 주요 원천입니다.

생리의학

기포 형성 및 신체 조직 성장에 의한 손상은 과포화 용존 불활성 가스가 감압 중에 용액을 기포로서 남길 때 발생하는 감압병의 메커니즘이다.손상은 위치에서의 기포 성장으로 인한 조직의 기계적 변형 또는 기포가 막힌 혈관에 의한 것일 수 있습니다.

동맥 가스 색전증은 기포가 순환 시스템에 도입되어 사용 가능한 압력 차이에서 통과하기에는 너무 작은 혈관에 정착할 때 발생할 수 있습니다.이는 고압 노출 후 감압, 폐 과팽창 손상, 정맥 내 수액 투여 중 또는 수술 중 발생할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

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레퍼런스

  1. ^ Subramanian, R. Shankar; Balasubramaniam, R. (2001-04-09). The Motion of Bubbles and Drops in Reduced Gravity. Cambridge University Press. ISBN 9780521496056.
  2. ^ R. J. 다이킹크, J. P. 반 데르 데넨, C. D.Ohl, A. 프로스페레티음향 스캘럽: 거품 구동 액추에이터, J. Micromech.Microeng. 1653 (2006)
  3. ^ Weber; et al. (1978). Bubbles, Drops and Particles. New York: Dover Publications. ISBN 978-0-486-44580-9.
  4. ^ Roxanne Khamsi. "Star-nosed mole can sniff underwater, videos reveal".
  5. ^ Whitcomb, Isobel (August 6, 2019). "The Key to Life's Emergence? Bubbles, New Study Argues". LiveScience. Retrieved January 8, 2022.
  6. ^ 민나어트, 마르셀, 뮤지컬 에어버블과 흐르는 물소리에 대해서, 필.Mag. 16, 235-248(1933년)
  7. ^ a b 레이튼, 티모시 G., 어쿠스틱 버블(Academic, London, 1994).
  8. ^ Chandran Suja, V.; Barakat, A. I. (2018-03-29). "A Mathematical Model for the Sounds Produced by Knuckle Cracking". Scientific Reports. 8 (1): 4600. Bibcode:2018NatSR...8.4600C. doi:10.1038/s41598-018-22664-4. ISSN 2045-2322. PMC 5876406. PMID 29599511.
  9. ^ Prosperetti, Andrea; Oguz, Hasan N. (1993). "The impact of drops on liquid surfaces and the underwater noise of rain". Annual Review of Fluid Mechanics. 25: 577–602. Bibcode:1993AnRFM..25..577P. doi:10.1146/annurev.fl.25.010193.003045.
  10. ^ Rankin, Ryan C. (June 2005). "Bubble Resonance". The Physics of Bubbles, Antibubbles, and all That. Retrieved 2006-12-09.