Heiße Blasen

News: Heiße Blasen

Werden sehr energiereiche Schallwellen durch eine Flüssigkeit gepreßt, dann wird diese so verdrängt, daß kleine Blasen entstehen können. Diese Blasen heizen sich stark auf, doch wie heiß sie werden, ist nicht so einfach zu messen. Jetzt ist es Wissenschaftlern gelungen, und die Temperaturen, die sie maßen, sind mehr als erstaunlich: Sie sind fast so hoch wie auf der Oberfläche der Sonne.

Schall entsteht durch Wellen, die das Medium, das sie durchqueren, im Wechsel verdichten und entzerren. Wenn eine sehr energiereiche Schallwelle durch eine Flüssigkeit gepreßt wird, kann sie diese so sehr dehnen, daß sich Blasen bilden, ein Prozeß, der akustische Kavitation genannt wird. Diese Blasen enthalten Gase, die normalerweise in der Flüssigkeit gelöst sind. Der Druck der Kompressionswelle, die auf die Entzerrung folgt, heizt den Blaseninhalt stark auf. Theoretischen Überlegungen zufolge können dabei mehrere Tausend Kelvin erreicht werden – Werte, die mit der Oberflächentemperatur der Sonne vergleichbar sind.

Wie man sich sicher gut vorstellen kann, ist das Erforschen der akustischen Kavitation eine experimentelle Herausforderung: Gute Meßergebnisse aus dem Inneren einer heißen Blase sind ziemlich selten, und wie sich äußere Einflußfaktoren, wie zum Beispiel die Zusammensetzung der Lösung, auf die Temperatur auswirken, wurde bisher nicht untersucht. Kenneth S. Suslick und seine Kollegen von der University of Illinois in Urbana-Champaign präsentieren nun eine Methode, mit der sie die Temperatur in den Bläschen messen konnten (Nature vom 21. Oktober 1999).

Da es nun mal unmöglich ist, in eine solche Blase ein Thermometer zu stecken, benutzte das Forscherteam Lösungen, die ihre Temperatur selbst anzeigen. Chemische Verbindungen, welche Übergangsmetalle wie Eisen oder auch Molybdän und Chrom enthalten, sind natürlicherweise farbig aufgrund von Besonderheiten in ihrer elektronischen Struktur. Einige dieser Verbindungen emittieren Licht einer bestimmten Wellenlänge, dessen Intensität ein direktes Maß für die Temperatur ist. Diese Eigenschaft machten sich Suslick und seine Mitarbeiter zunutze. Denn wenn in Lösungen, die derartige Metalle enthalten, akustische Kavitation auftritt, dann strahlen die im Inneren der Blase gefangenen Verbindungen Licht aus (Sonolumineszenz), das direkt die Temperatur in der Blase wiedergibt. So konnten die Forscher nachweisen, daß in einer Eisen-Pentacarbonyl-Lösung in den Blasen tatsächlich Temperaturen von bis zu 5100 Kelvin auftreten.

Als nächstes wollen die Wissenschaftler untersuchen, wie sich bestimmte äußere Faktoren – zum Beispiel die Zusammensetzung der Lösung – auf die Temperatur der Blasen auswirkt. In einer Molybdän-Hexacarbonyl-Lösung werden beispielsweise nicht so hohe Temperaturen erreicht wie in der Eisen-Pentacarbonyl-Lösung. Den Grund für die hohen Temperaturen sehen die Forscher aber nicht nur in der Kompression. Sie vermuten, daß die kleinen heißen Blasen als chemische Reaktionskammern wirken, wodurch sich die natürlichen Bedingungen im Inneren der Blasen verändern.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 7.4.1999
"Und höre, es ward Licht!"
Spektrum Ticker vom 22.6.1998
"Warum es blitzt im Glas"
Spektrum Ticker vom 3.3.1998
"Noch kein Lichtblick bei der Sonolumineszenz"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 4/95, Seite 50
"Sonolumineszenz"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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