حباب جسمی کروی از یک ماده در مادهای دیگر، معمولا گاز در یک مایع است. به دلیل اثر مارانگونی (Marangoni effect)، حبابها ممکن است هنگام رسیدن به سطح ماده فرو برنده (immersive substance) دستنخورده و سالم باقی بمانند.
- مثالهای رایج از حباب ها
- بخار آب در جوشش آب
- هوای مخلوط شده در آب دارای شتاب مانند آبشار
- کف دریا
- حباب صابون
- حبابهای رهاشده از واکنشهای شیمیایی مانند نوشابه گازدار
- گاز مهارشده در شیشه در زمان تولید
- فیزیک حباب
حبابها به شکلهای کروی به دلیل پایینتر بودن حالت انرژی آن در می آیند.
- ظاهر حباب
انسانها قادرند بواسطه ضریب شکست متفاوت (IR) نسبت به مواد محیط، حبابها را مشاهده کنند. برای مثال ضریب شکست هوا 1.0003 و ضریب شکست آب 1.333 است. قانون اسنل (Snell’s Law) چگونگی تأثیر امواج الکترومغناطیس در تغییر جهت فصل مشترک بین دو محیط با ضریب شکست متفاوت را تشریح میکند.
- کاربرد حباب
- هسته را میتوان عمدا برای ایجاد حباب القا کرد.
- در عکسبرداری فراصوتی پزشکی، حبابهای کوچک محصور که عامل تضاد (Contrast agent) نامیده میشوند، برای افزایش کنتراست تصویر استفاده میشوند.
- در چاپ جوهرافشان حرارتی، حبابهای بخار بهعنوان فعالکننده (actuator) استفاده میشوند. همچنین گاهی در کاربردهای دیگر با میکرو سیالات استفاده میشوند.
- فروپاشی شدید حبابها (کاویتاسیون) در نزدیکی سطح جامد و جت برخوردی، مکانیسمهای استفادهشده در تمیزکاری فراصوتی هستند. اثری مشابه در ابعاد بزرگتر در برخی سلاحها مانند بازوکا و تورپدو استفاده میشوند.
- و کاربردهای بسیار دیگر
- ارتعاشات در حباب
هنگامیکه حبابها بههمریخته میشوند، با فرکانس طبیعی خود نوسان میکنند (در اندازه نوسان میکنند). حبابهای بزرگ دچار نوسانهای آدیاباتیک میشوند که به معنی عدم انتقال حرارت از مایع به گاز یا بالعکس است. فرکانس طبیعی این حبابها با معادله ذیل بیان میشود:
f0=(1/2πR0)*Sqrt(3γp0/ρ)
در این رابطه:
γ: نسبت گرمای ویژه گاز
R0: شعاع حالتپایا
P0: فشار حالتپایا
ρ: چگالی مایع احاطهکننده است.
حبابهای کوچک دچار نوسانهای همدما میشوند. با در نظر گرفتن σ بهعنوان تنش سطحی و صرف نظر کردن از ویسکوزیتی مایع، معادله زیر برقرار است:
f0=(1/2πR0)*Sqrt((3p0/ρ)+(4σ/ρR0))