Burbulla

Burbullas de aire que saen dun mergullador na auga

Unha burbulla de xabón flotando no aire

Unha burbulla é un glóbulo dunha substancia gasosa nun líquido. No caso contrario, un glóbulo dun líquido nun gas chámase gota ou pinga.

Debido ao efecto Marangoni, as burbullas poden permanecer intactas cando chegan á superficie da substancia inmersiva.

Exemplos comúns

As burbullas vense en moitos lugares da vida cotiá, por exemplo:

• Como nucleación espontánea de dióxido de carbono sobresaturado en gasosa ou refrescos
• Como vapor na auga fervendo
• Como o aire mesturado con auga axitada, como debaixo dunha fervenza
• Como escuma do mar
• Como unha burbulla de xabón
• Como se desprende en reaccións químicas, por exemplo, bicarbonato de sodio + vinagre
• Como un gas atrapado no vidro durante a súa fabricación
• Como indicador na ferramenta chamada nivel de construción.

Física e química

As burbullas fórmanse e únense en formas globulares porque esas formas están nun estado de enerxía inferior. Para a física e a química que hai detrás, véxase nucleación.

Aparición

Burbullas de gas que soben nun refresco de cola.

As burbullas son visibles porque teñen un índice de refracción (RI) diferente ao da substancia circundante. Por exemplo, o RI do aire é de aproximadamente 1,0003 e o RI da auga é de aproximadamente 1,333. A Lei de Snell describe como as ondas electromagnéticas cambian de dirección na interface entre dous medios con diferente RI; así as burbullas pódense identificar a partir da refracción e da reflexión interna acompañantes aínda que tanto os medios inmersos como os de inmersión sexan transparentes. Esta explicación só vale para as burbullas dun medio mergulladas noutro medio (por exemplo, burbullas de gas nun refresco); o volume dunha burbulla de membrana (por exemplo, burbulla de xabón) non distorsionará moito a luz, e só se pode ver unha burbulla de membrana debido á difracción e á reflexión de película fina.

Aplicacións

A nucleación pode ser inducida intencionalmente, por exemplo, para crear un burbullagrama nun sólido.

Na ecografía médica, utilízanse pequenas burbullas encapsuladas chamadas axente de contraste para mellorar o contraste.

Na impresión de inxección de tinta térmica, as burbullas de vapor utilízanse como 'actuadores'. Utilízanse ocasionalmente noutras aplicacións de microfluídica como actuadores.

O colapso violento de burbullas (cavitación) preto de superficies sólidas e o chorro resultante constitúen o mecanismo utilizado na limpeza por ultrasóns. O mesmo efecto, pero a maior escala, úsase en armas de enerxía enfocada como a bazuca e o torpedo. O camarón de pistola (véxase alfeidos) tamén usa unha burbulla de cavitación que se colapsa como arma. O mesmo efecto úsase para tratar as pedras nos riles nun litotriptor. Os mamíferos mariños como os golfiños e as baleas usan as burbullas para entretemento ou como ferramentas de caza. Os aireadores provocan a disolución do gas no líquido mediante a inxección de burbullas.

As burbullas son utilizadas polos enxeñeiros químicos e metalúrxicos en procesos como destilación, absorción, flotación e secado por pulverización. Os procesos complexos implicados adoitan ter en conta a transferencia de masa e calor e son modelados mediante a dinámica de fluídos.

A toupa de nariz estrela e a musaraña acuática americana poden cheirar baixo a auga respirando rapidamente polas fosas nasais e creando unha burbulla.

A investigación sobre a orixe da vida na Terra suxire que as burbullas poden ter desempeñado un papel integral no confinamento e concentración das moléculas precursoras da vida, unha función que actualmente realizan as membranas plasmáticas celulares.

Pulsación

Cando se perturban as burbullas (por exemplo, cando se inxecta unha burbulla de gas baixo a auga), a parede oscila. Aínda que adoita estar enmascarado visualmente por deformacións moito máis grandes na forma, un compoñente da oscilación cambia o volume da burbulla (é dicir, é a pulsación) que, en ausencia dun campo sonoro imposto externamente, ocorre na frecuencia natural da burbulla. A pulsación é o compoñente máis importante da oscilación, acusticamente, porque ao cambiar o volume do gas, cambia a súa presión, e leva á emisión de son na frecuencia natural da burbulla. Para as burbullas de aire na auga, as burbullas grandes (tensión superficial e condutividade térmica insignificantes) sofren pulsacións adiabáticas, o que significa que non se transfire calor nin do líquido ao gas nin viceversa. A frecuencia natural de tales burbullas vén determinada pola ecuación:

$f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {3\gamma p_{0} \over \rho }}$

onde:

• $\gamma$ é a relación de calor específica do gas
• $R_{0}$ é o raio en estado estacionario
• $p_{0}$ é a presión do estado estacionario
• $\rho$ é a densidade de masa do líquido circundante

Para as burbullas de aire na auga, as burbullas máis pequenas sofren pulsacións isotérmicas. A ecuación correspondente para pequenas burbullas de tensión superficial σ (e viscosidade líquida desprezábel) é

$f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {{3p_{0} \over \rho }+{4\sigma \over \rho R_{0}}}}$

As burbullas excitadas atrapadas baixo a auga son a principal fonte de sons líquidos, como no interior dos nosos cotelos durante o seu estalo e cando unha pinga de chuvia impacta nunha superficie de auga.

Fisioloxía e medicina

A lesión pola formación e crecemento de burbullas nos tecidos do corpo é o mecanismo da enfermidade por descompresión, que ocorre cando os gases inertes disoltos sobresaturados deixan a solución en forma de burbullas durante a descompresión. O dano pode deberse á deformación mecánica dos tecidos debido ao crecemento das burbullas in situ ou ao bloqueo dos vasos sanguíneos onde se aloxou a burbulla.

A embolia gaseosa arterial pode ocorrer cando unha burbulla de gas se introduce no sistema circulatorio e se aloxa nun vaso sanguíneo que é demasiado pequeno para que poida pasar baixo a diferenza de presión dispoñíbel. Isto pode ocorrer como resultado da descompresión despois da exposición hiperbárica, unha lesión por sobreexpansión pulmonar, durante a administración de fluídos intravenosos ou durante cirurxía.

Véxase tamén

Outros artigos

• Acústica submarina
• Burbulla de replicación do ADN
• Escuma
• Resonancia Minnaert
• Sonoluminescencia