Bolha (física) - Bubble (physics)
Uma bolha é um glóbulo de uma substância em outra, geralmente gás em um líquido . Devido ao efeito Marangoni , as bolhas podem permanecer intactas ao atingir a superfície da substância imersiva.
Exemplos comuns
As bolhas são vistas em muitos lugares da vida cotidiana, por exemplo:
- Como nucleação espontânea de dióxido de carbono supersaturado em refrigerantes
- Como vapor de água em água fervente
- À medida que o ar se mistura com a água agitada, como embaixo de uma cachoeira
- Como espuma do mar
- Como uma bolha de sabão
- Como emitido em reações químicas, por exemplo, bicarbonato de sódio + vinagre
- Como um gás preso no vidro durante sua fabricação
- Como o indicador em um nível de bolha
Física e Quimica
As bolhas se formam e se aglutinam em formas globulares, porque essas formas estão em um estado de energia inferior. Para a física e química por trás disso, consulte nucleação .
Aparência
As bolhas são visíveis porque têm um índice de refração (IR) diferente do da substância circundante. Por exemplo, o RI do ar é aproximadamente 1,0003 e o RI da água é aproximadamente 1,333. A Lei de Snell descreve como as ondas eletromagnéticas mudam de direção na interface entre dois meios com RI diferentes; assim, as bolhas podem ser identificadas a partir da refração e reflexão interna que as acompanham, embora os meios imersos e imersos sejam transparentes.
A explicação acima é válida apenas para bolhas de um meio submerso em outro meio (por exemplo, bolhas de gás em um refrigerante); o volume de uma bolha de membrana (por exemplo, bolha de sabão) não distorce muito a luz, e só se pode ver uma bolha de membrana devido à difração e reflexão de filme fino .
Formulários
A nucleação pode ser induzida intencionalmente, por exemplo, para criar um bubblegram em um sólido.
Na imagem de ultrassom médico , pequenas bolhas encapsuladas chamadas agente de contraste são usadas para aumentar o contraste.
Na impressão a jato de tinta térmica , bolhas de vapor são usadas como atuadores. Eles são ocasionalmente usados em outras aplicações de microfluídica como atuadores.
O colapso violento de bolhas ( cavitação ) perto de superfícies sólidas e o jato de impacto resultante constituem o mecanismo usado na limpeza ultrassônica . O mesmo efeito, mas em uma escala maior, é usado em armas de energia concentrada, como a bazuca e o torpedo . O camarão-pistola também usa uma bolha de cavitação em colapso como arma. O mesmo efeito é usado para tratar pedras nos rins em um litotritor . Mamíferos marinhos, como golfinhos e baleias, usam bolhas para se divertir ou como ferramentas de caça. Os aeradores causam a dissolução do gás no líquido ao injetar bolhas.
As bolhas são usadas por engenheiros químicos e metalúrgicos em processos como destilação, absorção, flotação e secagem por spray. Os processos complexos envolvidos geralmente requerem consideração para transferência de massa e calor e são modelados usando dinâmica de fluidos .
A toupeira de nariz estrelado e a megera americana podem cheirar debaixo d'água respirando rapidamente pelas narinas e criando uma bolha.
Pulsação
Quando as bolhas são perturbadas (por exemplo, quando uma bolha de gás é injetada debaixo d'água), a parede oscila. Embora muitas vezes seja visualmente mascarado por deformações muito maiores na forma, um componente da oscilação altera o volume da bolha (ou seja, é a pulsação) que, na ausência de um campo sonoro imposto externamente, ocorre na frequência natural da bolha . A pulsação é o componente mais importante da oscilação, acusticamente, pois ao mudar o volume do gás, muda sua pressão, e leva à emissão de som na frequência natural da bolha. Para bolhas de ar na água, grandes bolhas ( tensão superficial e condutividade térmica desprezíveis ) sofrem pulsações adiabáticas , o que significa que nenhum calor é transferido do líquido para o gás ou vice-versa. A frequência natural de tais bolhas é determinada pela equação:
Onde:
- é a relação de calor específico do gás
- é o raio de estado estacionário
- é a pressão de estado estacionário
- é a densidade de massa do líquido circundante
Para bolhas de ar na água, bolhas menores sofrem pulsações isotérmicas . A equação correspondente para pequenas bolhas de tensão superficial σ (e viscosidade líquida desprezível ) é
Bolhas empolgadas presas debaixo d'água são a principal fonte de sons líquidos , como dentro de nossas juntas durante o estalar de dedos e quando uma gota de chuva atinge a superfície da água.
Fisiologia e medicina
Lesão pela formação de bolhas e crescimento nos tecidos do corpo é o mecanismo da doença descompressiva , que ocorre quando gases inertes dissolvidos supersaturados deixam a solução como bolhas durante a descompressão . O dano pode ser devido à deformação mecânica dos tecidos devido ao crescimento da bolha in situ ou ao bloqueio dos vasos sanguíneos onde a bolha se alojou.
A embolia gasosa arterial pode ocorrer quando uma bolha de gás é introduzida no sistema circulatório e se aloja em um vaso sanguíneo que é muito pequeno para passar sob a diferença de pressão disponível. Isso pode ocorrer como resultado da descompressão após a exposição hiperbárica, uma lesão por superexpansão pulmonar , durante a administração de fluidos intravenosos ou durante a cirurgia .