Антипузырь
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2017 г. ) |
Антипузырь окруженная – это капля жидкости, 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
[ редактировать ]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 на мыльную воду через соломинку капнуть капли раствора сахара , 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
[ редактировать ]
Поведение антипузырей отличается от поведения пузырьков воздуха по трем основным признакам и представляет собой готовое средство идентификации:
- Антипузыри удерживаются на месте за счет поверхностного натяжения и быстро движутся по поверхности воды. Также можно увидеть, как они рикошетят от других объектов в воде (например, пузырьков воздуха) и от стенок контейнера, подобно бильярдным шарам.
- В обычных обстоятельствах антипузыри живут недолго. Воздушный пузырь на мыльной шкурке может держаться несколько минут. Время жизни антипузырей часто составляет несколько секунд или меньше; однако, если электрический потенциал между внутренней и внешней жидкостью уравнивается, антипузыри могут существовать так же долго или дольше, чем пузырьки воздуха. Антипузыри со временем жизни не менее десятков часов можно получить путем адсорбции коллоидных частиц на границе раздела воздух-вода антипузыря.
- Антипузыри преломляют свет иначе, чем пузырьки воздуха. Поскольку они представляют собой капли воды, попадающий в них свет преломляется обратно к источнику точно так же, как возникает радуга. Из-за этого преломления антипузыри имеют яркий вид.
Возможное применение антипузырей
[ редактировать ]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 включать терапевтические средства в ядра антипузырьков. Такие наполненные лекарством антипузыри могут быть использованы для ультразвука под контролем доставки лекарств , где акустические волны создают достаточные пульсации поверхности антипузыря, чтобы высвободить его ядро, содержащее лекарство. [ 11 ]
Продолжительность жизни
[ редактировать ]Срок службы антипузыря на поверхности воды можно продлить, заставив воду под ним вибрировать. [ 12 ] [ 13 ] Такие антипузыри были названы «ходячими пузырями» и предложено использовать их в качестве модели квантовомеханического поведения. [ 14 ] Другой способ увеличить время жизни антипузырей — применить так называемую стабилизацию Пикеринга. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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: Спрингер. ISBN 9789401100571 .
- ^ 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 .
- ^ Хет Панхуис М., Хатцлер С., Вейр 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 .
- ^ Постема М., де Йонг Н., Шмитц Г., ван Вамель А. (2005). «Создание антипузырей с помощью ультразвука» . Симпозиум IEEE по ультразвуку, 2005 г. Полный. 2. стр. 977–980. дои : 10.1109/ULTSYM.2005.1603013 . ISBN 0-7803-9382-1 . S2CID 39749703 .
- ^ Ким П.Г., Стоун Х.А. (2008). «Динамика образования антипузырей» . Письма по еврофизике . 83 (5): 54001. Бибкод : 2008EL.....8354001K . дои : 10.1209/0295-5075/83/54001 . S2CID 53993390 .
- ^ Туфаиле А., Сартотелли Дж.К. (2002). «Динамика образования пузырей и сферических воздушных оболочек» . Физический обзор E . 66 (5): 056204. Бибкод : 2002PhRvE..66e6204T . дои : 10.1103/PhysRevE.66.056204 . ПМИД 12513583 .
- ^ Вайс П. (2004). «Рост антипузырей: необычные сырые пузыри наконец-то завоевали уважение» . Новости науки . 165 (20): 311–312. дои : 10.2307/4015222 . JSTOR 4015222 .
- ^ Стонг CL (1974). «Любопытные пузыри, в которых газ окружает жидкость, а не наоборот» . Научный американец . 230 (4): 116–120. doi : 10.1038/scientificamerican0474-116 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Котопулис С., Лам С., Хаугсе Р., Снипстад С., Мерволд Е., 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 визуальным и ультразвуковым контролем» . Ультразвуковая сонохимия . 85 : 105986. doi : 10.1016/j.ultsonch.2022.105986 . ПМЦ 8967728 . ПМИД 35358937 .
- ^ Кабрера-Гарсия П, Зенит Р (2012). «Капли, прыгающие по вибрирующему слою жидкости». arXiv : 1210.3538 [ physical.flu-dyn ].
- ^ Капли на каплях на каплях
- ^ «Гидродинамические квантовые аналоги» . Архивировано из оригинала 14 марта 2017 г. Проверено 27 февраля 2014 г.
- ^ Поортинга А (2011). «Долгоживущие антипузыри: стабильные антипузыри благодаря стабилизации Пикеринга» . Ленгмюр . 27 (6): 2138–2141. дои : 10.1021/la1048419 . ПМИД 21250742 .