stringtranslate.com

Антипузырь

Погруженные антипузырьки воздуха, окруженные мыльной водой
Скопление антипузырей на поверхности мыльной воды

Антипузырь — это капля жидкости , окруженная тонкой пленкой газа [1] в отличие от газового пузыря , который представляет собой сферу газа, окруженную жидкостью . Антипузырьки образуются, когда жидкость падает или турбулентно перетекает в ту же или другую жидкость. Они могут либо скользить по поверхности жидкости, например воды (в этом случае их еще называют водяными глобулами ), либо полностью погружаться в жидкость, на которую они направлены.

Фон

Антипузыри — распространенное, но широко непризнанное явление , отчасти из-за их сходства с пузырьками воздуха, а отчасти из-за их типично преходящего или недолговечного характера. [2] С помощью определенных ( мыльных ) растворов их можно продлить. [3]

Антипузыри можно создать, капнув из-под крана в емкость с водой, в которую добавлена ​​пара-две капли мыла. Все они были созданы с помощью ультразвукового контрастного вещества . [4] Будучи по своей природе нестабильными, их трудно сформировать. [5] [6] Мыло снижает поверхностное натяжение воды и позволяет воздушной оболочке, окружающей каплю, оставаться на месте более доли секунды. Поскольку антипузыри можно легко создать дома, они привлекли внимание научно-популярных журналов. [7] [8]

Подобно тому, как мыльные пузыри с воздухом внутри и воздухом снаружи обладают отрицательной плавучестью и стремятся опуститься к земле, так и антипузыри с водой внутри и воздухом снаружи обладают положительной плавучестью и стремятся подняться к поверхности воды. Но опять же, как мыльные пузыри можно наполнить более легким газом, чтобы придать им положительную плавучесть, так и антипузыри можно наполнить более тяжелой жидкостью, чтобы придать им отрицательную плавучесть. Если капнуть капли раствора сахара на мыльную воду через соломинку, образуются антипузыри, которые тонут.

Антипузырьки обычно лопаются, когда касаются дна или стенок сосуда с жидкостью. Этого можно избежать, бросив несколько чайных ложек сахара в мыльную воду и дав ему время раствориться (но не перемешивая). Это приведет к образованию более плотного слоя сладкой воды на дне контейнера. Антипузыри, сделанные из раствора сахара, затем погружаются в воду и остаются поверх более плотного нижнего слоя. Антипузыри, изготовленные таким образом, могут сохраняться несколько минут.

Слоями антипузыря являются вода, в которую он погружен, воздух и вода, захваченная в воздухе.

Различия между пузырьками воздуха и антипузырями

Сравнение трех различных типов пузырьков: нормальные пузырьки на поверхности (вверху слева), антипузыри на поверхности (справа) и пузырьки воздуха, погруженные в самый большой из этих антипузырей.

Поведение антипузырей отличается от поведения пузырьков воздуха по трем основным признакам и представляет собой готовое средство идентификации:

Возможное применение антипузырей

Если антипузырьки можно стабилизировать, их можно использовать для образования устойчивой пены — пеногасителя. Пеногаситель можно использовать в качестве смазки или использовать тонкие каналы, проникающие в пеногаситель, в качестве фильтра для воздуха или других газов.

Сами антипузыри можно использовать для химических процессов, например, для удаления загрязняющих веществ из дымовой трубы. Замена воздуха в антипузырьковых оболочках другой жидкостью может быть использована в системе доставки лекарств путем создания оболочки из жидкого полимера вокруг лекарства. Затвердевание полимера ультрафиолетовым светом позволит создать капсулу, наполненную лекарством.

Микроскопические антипузыри продемонстрировали свою применимость в гармонической визуализации . [9] [10] Было предложено включить терапевтические средства в ядра антипузырей. Такие наполненные лекарством антипузыри могут быть использованы для доставки лекарств под контролем ультразвука , где акустические волны создают достаточные пульсации поверхности антипузыря, чтобы высвободить его ядро, содержащее лекарство. [11]

Продолжительность жизни

Срок службы антипузыря на поверхности воды можно продлить, заставив воду под ним вибрировать. [12] [13] Такие антипузыри были названы «ходячими пузырями» и были предложены для использования в качестве модели квантово-механического поведения. [14] Другой способ увеличить время жизни антипузырей — применить так называемую стабилизацию Пикеринга. [15]

Рекомендации

  1. ^ Мориока С., ван Вейнгаарден Л. (2012). Симпозиум IUTAM по волнам в двухфазных системах жидкость/газ и жидкость/пар: материалы симпозиума IUTAM, состоявшегося в Киото, Япония, 9–13 мая 1994 г. Гейдельберг: Springer. ISBN 9789401100571.
  2. ^ Дорболо С., Кэпс Х, Вандевалле Н. (2003). «Жидкостная нестабильность при рождении и смерти антипузырей». Новый журнал физики . 5 (1): 161. Бибкод : 2003NJPh....5..161D. дои : 10.1088/1367-2630/5/1/161 .
  3. ^ Хет Панхуис М., Хатцлер С., Вейре Д., Фелан Р. (1998). «Новые вариации экспериментов с мыльной пленкой на Плато I: эксперименты при принудительном дренаже». Философский журнал Б. 78 (1): 1–12. Бибкод : 1998PMagB..78....1I. дои : 10.1080/13642819808206722.
  4. ^ Постема М., де Йонг Н., Шмитц Г., ван Вамель А. (2005). «Создание антипузырей с помощью ультразвука». Симпозиум IEEE по ультразвуку, 2005 г. Том. 2. С. 977–980. дои : 10.1109/ULTSYM.2005.1603013. ISBN 0-7803-9382-1. S2CID  39749703.
  5. ^ Ким П.Г., Стоун ХА (2008). «Динамика образования антипузырей». Письма по еврофизике . 83 (5): 54001. Бибкод : 2008EL.....8354001K. дои : 10.1209/0295-5075/83/54001. S2CID  53993390.
  6. ^ Туфаиле А., Сартотелли Дж.К. (2002). «Динамика образования пузырей и сферических воздушных оболочек». Физический обзор E . 66 (5): 056204. Бибкод : 2002PhRvE..66e6204T. doi : 10.1103/PhysRevE.66.056204. ПМИД  12513583.
  7. ^ Вайс П. (2004). «Рост антипузырей: странные мокрые пузыри наконец-то завоевали уважение». Новости науки . 165 (20): 311–312. дои : 10.2307/4015222. JSTOR  4015222.
  8. ^ Стонг CL (1974). «Любопытные пузыри, в которых газ окружает жидкость, а не наоборот». Научный американец . 230 (4): 116–120. doi : 10.1038/scientificamerican0474-116.
  9. ^ Панфилова А., Чен П., ван Слоун Р., Вейкстра Х., Постема М., Поортинга А.Т., Миши М. (2021). «Экспериментальная акустическая характеристика эндоскелетного противопузырчатого контрастного вещества: первые результаты». Медицинская физика . 48 (11): 6765–6780. Бибкод : 2021MedPh..48.6765P. дои : 10.1002/mp.15242 . ПМЦ 9293338 . ПМИД  34580883. 
  10. ^ Постема М., Новелл А., Сеннога С., Поортинга А.Т., Буаказ А. (2018). «Гармонический отклик микроскопических антипузырей». Прикладная акустика . 137 : 148–150. doi :10.1016/j.apacoust.2018.03.021. S2CID  115516560.
  11. ^ Котопулис С., Лам С., Хаугсе Р., Снипстад С., Мерволд Э., Джоуле Т., Берг С., Хансен Р., Попа М., Мак Кормак Е., Гилья О.Г., Поортинга А. (2022). «Состав и характеристика антипузырей с лекарственным средством для доставки лекарств под контролем изображения и ультразвука». Ультразвуковая сонохимия . 85 : 105986. doi : 10.1016/j.ultsonch.2022.105986 . ПМЦ 8967728 . ПМИД  35358937. 
  12. ^ Кабрера-Гарсия П., Зенит Р (2012). «Капли, прыгающие по вибрирующему слою жидкости». arXiv : 1210.3538 [физика.flu-dyn].
  13. ^ Капли на каплях на каплях
  14. ^ «Гидродинамические квантовые аналоги». Архивировано из оригинала 14 марта 2017 г. Проверено 27 февраля 2014 г.
  15. ^ Поортинга А (2011). «Долгоживущие антипузыри: стабильные антипузыри благодаря стабилизации Пикеринга». Ленгмюр . 27 (6): 2138–2141. дои : 10.1021/la1048419. ПМИД  21250742.

Внешние ссылки