Sonoluminescenta

Acest fenomen a fost descoperit la Universitatea din Cologne in 1934. H. Frezel si H. Schultes au pus un dispozitiv de ultrasunete intr-un lichid pentru developarea fotografiilor. Au sperat sa dezvolte o tehnica mai buna de developare, dar au obtinut altceva, neasteptat. Dupa developarea filmului s-a constatat aparitia unor mici puncte si au realizat imediat ca bulele din lichid emiteau lumina atunci cand aparatul de ultrasunete era pornit. Fenomenul n-a durat mult timp, insa a fost suficient pentru ca lumina produsa sa impresioneze placa fotografica.

Oamenii de stiinta trebuiau sa examineze fenomenul si sa-i dea un nume: sonoluminescenta, adica lumina generata de ultrasunete.

Prin definitie, sonoluminescenta este o emisie slaba de lumina care insoteste fenomenul de cavitatie produs intr-un lichid supus actiunii ultrasunetelor.

Este un fenomen care apare si dispare periodic, intocmai ca palpaierile unei flacari si nu se produce numai in apa, ci si in alte lichide. In dimetil-ftalat sonoluminescenta este atat de puternica incat poate fi observata si la lumina zilei.

La inceput, s-a crezut ca aceasta nu apare in multe lichide, in special in cele organice precum benzenul sau toluenul. Aceasta se datora faptului ca efectele sunt prea slabe si lumina nu se putea observa cu ochiul liber. Astazi, lumina se poate amplifica si se poate observa mai usor.

Sonoluminescenta nu depinde doar de natura lichidelor ci si de conditiile in care se face experimentul si de intensitatea si frecventa ultrasunetului.

Luminescenta apare doar atunci cand lichidul este iradiat cu ultrasunete de intensitate mare, iar cercetarile ulterioare au confirmat aceasta ipoteza: sonoluminescenta este strans legata de formarea bulelor de cavitatie si orice cauza care face aceste bule sa nu se produca impiedica si aparitia luminescentei.

Daca lichidul care trebuie ultrasonat este in prealabil degazat, lumina nu se mai produce. Aceasta se datoreaza faptului ca intr-un lichid degazat nu se mai produc suficiente bule de cavitatie.

Mecanismul fenomenului

Mecanismul fenomenului a ramas incert, desi exista mai multe teorii.

M. Brenner, S. Hilgenfeldt si D. Lohse au publicat in 2002 o carte de 60 de pagini ce contine o explicatie detaliata a acestui mecanism. Un factor important este ca bulele contin gaze inerte precum argon si xenon dar si vapori de apa. Reactiile chimice fac ca nitrogenul si oxigenul sa fie scoase afara din bule dupa aproximativ 100 de cicluri de expansiune-colapsare, iar bulele vor incepe apoi sa emita lumina.

In timp ce o bula colapseaza, inertia din apa ce o inconjoara cauzeaza o presiune mare, iar temperatura creste, ducand la ionizarea gazului prezent. Cantitatea de gaz ionizat este mica, astfel incat bulele vor ramane transparente. Electronii din atomii ionizati interactioneaza cu atomii cu neutronii, cauzand o mica radiatie. Presiunea scade, permintand electronilor sa se recombine cu atomii si cu emisia de lumina.