Verhalten von Luftblasen in Oel bei Ultraschalleinwirkung
Peter Heckert
mein Brötchengeber stellt u.A. Partikelzähler her. Damit werden
mikroskopische Schmutzpartikel z.B. Rußteilchen in Öl gezählt und
klassifiziert.
Das Öl wird dazu durch einen mikrofeinen Kanal gepumt und per Laserstrahl
und Fotodiode und computerisiertem Peakhöhendetektor werden die Partikel
erfasst.
Versteht sich von selbst, daß dazu keinerlei Lufteinschlüsse in dem Öl
sein dürfen;da das Öl zäh ist, bleiben diese tagelang in der Schwebe.
Um die Luft zu entfernen, wird die Ölflasche vor der Messung in ein
Ultraschallbad gestellt.
Es ist faszinierend, das zu beobachten:
Die Luftbläschen ziehen sich quasi gravitativ an. Größere bewegen sich
schneller aufeinander zu, was wohl an der Viskosität des Öls liegt.
Dann vereinen sie sich zu größeren Blasen, die nach oben steigen.
Ganz grob denke ich, daß dieser Effekt durch den Schalldruck entsteht.
Mich würde nun interessieren, wie man diesen Effekt wellenmechanisch an den
Eigenschaften des Öls festmachen kann.
Soll heißen: Was ist die eigenliche Ursache dieses Effekts? Klar, daß
Viskosität, also Reibungsverluste eine Rolle dabei spielen, aber ist
Viskosität notwendig, um die treibende Kraft zu erzeugen?
Die Schallgeschwindigkeit in Öl ist sicher höher, als in den Luftblasen.
Kann man den Effekt daran festmachen?
Die Wellenlänge weiß ich leider nicht. Verwendung findet ein normales
handelsübliches Ultraschallbad, in dem man z.B. auch Gebisse reinigen
kann.
Schönen Dank schonmal,
Peter
Peter Heckert
On Tue, 18 Feb 2003 19:33:59 +0100, Peter Heckert wrote:
> Um die Luft zu entfernen, wird die Ölflasche vor der Messung in ein
> Ultraschallbad gestellt.
>
> Es ist faszinierend, das zu beobachten:
> Die Luftbläschen ziehen sich quasi gravitativ an. Größere bewegen sich
> schneller aufeinander zu, was wohl an der Viskosität des Öls liegt.
>
> Dann vereinen sie sich zu größeren Blasen, die nach oben steigen.
>
> Ganz grob denke ich, daß dieser Effekt durch den Schalldruck entsteht.
>
> Mich würde nun interessieren, wie man diesen Effekt wellenmechanisch an den
> Eigenschaften des Öls festmachen kann.
>
> Soll heißen: Was ist die eigenliche Ursache dieses Effekts? Klar, daß
> Viskosität, also Reibungsverluste eine Rolle dabei spielen, aber ist
> Viskosität notwendig, um die treibende Kraft zu erzeugen?
>
Ich hab mal ein Physikbuch zu Rate gezogen und das Kapitel
"Wellenmechanik" aufgeschlagen.
Und wurde - wider Erwarten - fündig.
Demnach ist mit _jeder_ Welle ein "Strahlungsdruck" verbunden, ganz einfach
resultierend aus der Tatsache, daß die Welle Energie transportiert.
Dieser Druck wird ausgeübt auf alle Körper, welche die Welle reflektieren
oder absorbieren.
Da nun die Schallwellen durch die Luftblasen teilweise reflektiert oder
zumindest abgelenkt werden, vermute ich mal, daß der Effekt auch dann
auftreten würde, wenn das Öl zwischen den Luftblasen keine Energie
absorbieren würde, allerdings etwas schwächer.
Sorry, ich hab vorher nichts vom wellenmechanischen Strahlungsdruck
gewußt, sonst hätte ich vielleicht garnicht gefragt.
Grüße,
Peter
Matthias Renner
Wasser ist. Seltsamerweise schweben die Luftblasen im Wasser solange
die Schallwellen aktiv sind. Erst beim Ausschalten steigen sie auf.
Hängt eventuell mit Wellen bergen, -tälern zusammen, die die Blasen
"gefangen" halten. Mam sieht auch manchmal stationäre Wirbel etc.
Schon recht interessant, so ein Ultraschallbad ;-)
Tschö,
Matthias
Jürgen Appel
> Um die Luft zu entfernen, wird die Ölflasche vor der Messung in ein
> Ultraschallbad gestellt.
>
> Es ist faszinierend, das zu beobachten:
> Die Luftbläschen ziehen sich quasi gravitativ an. Größere bewegen sich
> schneller aufeinander zu, was wohl an der Viskosität des Öls liegt.
>
> Dann vereinen sie sich zu größeren Blasen, die nach oben steigen.
>
> Ganz grob denke ich, daß dieser Effekt durch den Schalldruck entsteht.
>
> Mich würde nun interessieren, wie man diesen Effekt wellenmechanisch an
> den Eigenschaften des Öls festmachen kann.
Eine knappe Beschreibung findest Du z.B. in dieser Diplomarbeit
http://www.physik3.gwdg.de/~pkoch/Download/diplomarbeit_pkoch.ps.gz
im Kapitel 3.
Die Kraft, die eine Anziehung zweier schwingender Blasen untereinander
verursacht, ist die sogeannte "zweite Bjerkneskraft". Sie rührt daher, daß
eine schwingende Blase ein Schallfeld aussendet und die andere Blase in
diesem Feld eine Kraft erfährt.
Gruß
Jürgen
--
GPG key:
http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=J%FCrgen+Appel&op=get
Peter Heckert
On Wed, 19 Feb 2003 06:34:49 +0000, Matthias Renner wrote:
> Wir haben hier noch stärkere Ultraschallbäder in denen deionisiertes
> Wasser ist. Seltsamerweise schweben die Luftblasen im Wasser solange die
> Schallwellen aktiv sind. Erst beim Ausschalten steigen sie auf. Hängt
> eventuell mit Wellen bergen, -tälern zusammen, die die Blasen
> "gefangen" halten.
Ja, mittlerweile bin ich durch intensives Nachdenken darauf gekommen, daß
ein kontinuierlicher Schalldruck-gradient nur entstehen kann, wenn
irgendwo Energie absorbiert bzw. in andere Form (Wärme usw) umgewandelt
wird. Falls das nicht der Fall ist, müsste der Druck sich gleichmäßig
verteilen, wie ein statischer Druck auch.
Da Wasser kaum viskos ist, werden die Blasen nicht zusammengetrieben.
> Mam sieht auch manchmal stationäre Wirbel etc.
Wenn sich stehende Wellen bilden,dann gibt es natürlich doch
Schalldruckgradienten zwischen den Knotenpunkten. Das wird wohl die Blasen
festhalten und Wirbel verursachen.
> Schon recht interessant, so ein Ultraschallbad ;-)
In der Tat.
Grüsse,
Peter
Peter Heckert
On Wed, 19 Feb 2003 12:35:27 +0100, Jürgen Appel wrote:
> Peter Heckert schrieb:
>
>> Um die Luft zu entfernen, wird die Ölflasche vor der Messung in ein
>> Ultraschallbad gestellt.
>>
>> Es ist faszinierend, das zu beobachten:
>> Die Luftbläschen ziehen sich quasi gravitativ an. Größere bewegen sich
>> schneller aufeinander zu, was wohl an der Viskosität des Öls liegt.
[snip]
>
> Eine knappe Beschreibung findest Du z.B. in dieser Diplomarbeit
> http://www.physik3.gwdg.de/~pkoch/Download/diplomarbeit_pkoch.ps.gz
> im Kapitel 3.
>
Vielen Dank!
Grüsse,
Peter