Нейтронная звезда в пробирке. Сонолюминесценция

  • Tutorial
Хомяки приветствуют вас, друзья.

Сегодняшний пост будет посвящен интересному физическому явлению, которое порождает свет в обыкновенной воде. Одни называют это «нейтронной звездой», другие «сонолюминесценцией».
Если в пробирке создать определенные условия, то там родится маленький светящийся пузырек. Его физику описывают разными свойствами, которые трудно себе вообразить. В ходе узнаем, как в домашних условиях собрать установку для получения сонолюминесценции, как правильно настроить систему и рассмотрим трудности, которые могут возникнуть на пути создания такой звезды.



Всё началось с того, что одним прекрасным днем просиживая задницу в просторах ютуба, я нашёл ролик на канале Сергея Матюшенко про интересное явление в основе которого лежит свечение пузырька за счет акустического воздействия. Пересмотрев видео несколько раз, понял что повторить подобное явление как раз плюнуть. Через неделю на моем столе лежали все необходимые детали для сборки действующей установки.

Принцип устройства довольно прост. Сигнал с генератора подается на пьезокерамические излучатели, которые приклеены к пробирке с водой. Система представляет собой сферическую акустическую камеру, где образуется стоячая волна в жидкости. Амплитуда волны в системе регулируется переменной катушкой индуктивности, соединенной последовательно с пьезокерамикой, образуется резонансный LC-контур. Дальше помещаем в камеру пузырек воздуха, находим резонанс, ударные волны воздействуют на пузырь и он светится.

Но на деле все оказалось не так просто, как говорит мой батя — «все просто на бумаге, да забыли про овраги». Эксперимент подобен ящику Шрёдингера, решение задач которых, отняло шесть месяцев. Попробуем подробно рассмотреть каждый элемент установки.



Пробирки. В данном случае нас интересуют круглодонные колбы. Они будут выполнять роль акустической камеры. Теоретически пробирка должна иметь высокую добротность, но как ее вычислить глядя на картинку с химической посудой в интернете, одному богу известно. Решение — заказать сразу несколько видов таких емкостей разных фирм производителей, от советских вариантов до современных загранично-буржуйских.

Самый лучший результат показала, круглодонная пробирка чешской фирмы Simax, объемом 100 мл. Она немного овальная с виду, но зато стекло у нее везде одинаковое по толщине. Советские пробирки проиграли этот параметр, так как визуально видно, как стекло переливается на свету. Как ни старался, в таких образцах мне не удалось зафиксировать сонолюминесценцию.



Самые первые эксперименты проводились с колбами на пол-литра. Продавались они у деда на рынке, потому не приходилось выбирать с объемом. Производитель завод «Дружная горка», старейшее предприятие в своей отрасли, которое существует с 1801 года. Из практики в такой посуде хорошо кипятить бабушкино молоко, да спирт добывать, чем и занимался в свободное от работы время.

Сравнивая пробирки можно наблюдать разницу в размере. С посудой для акустической камеры разобрались.



Далее рассмотрим пьезокерамику, которая подобно динамику будет раскачивать толпу атомов и молекул в объеме воды.

Для справки: пьезоэлектрический эффект был открыт Джексом и Пьером Кюри в 1880 году. Эффект проявляется в деформировании материала, помещенного в электрическое поле, и наоборот. Эти явления еще называют прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектом. Следовательно, с этих шайб можно добывать электричество, чем и воспользовался производитель зажигалок для газовых плит, запатентовав свое изобретение. Интересно, дети Пьера Кюри получают гонорар от этих запатентовщиков?!

На рынке пьезокерамика различается размерами и формами. Идеальным вариантом оказалась цельная шайба без всяких отверстий советского производства, диаметром 22 мм и толщиной 4 мм. В процессе экспериментов испытана большая пьезокерамика диаметром 50 мм и толщиной 6.5 мм, подобные кольца можно встретить в конструкции излучателей Ланжевена, которые применяют в производстве ультразвуковых ванн. Мощная вещь, можно до сотни ватт раскачивать.



Следующим этапом при создании акустической камеры лежит соединение пьезокерамики с пробиркой. Прежде чем это сделать, к шайбам необходимо припаять провода. Контакты в советских образцах посеребрённые или даже серебряные, потому они несколько потемнели от времени. Зачищаем поверхности до зеркального блеска. Немного работы с бормашиной, и результат не заставит себя долго ждать. Видны все маркировки и надписи на металле.

Провода будем припаивать с помощью кислоты и мощного паяльника, делать это нужно одним быстрым прикосновением, чтобы ничего не перегреть. Тут видны небольшие пазы под пайку, довольно удобное решение со стороны производителя. Провода обязательно должны быть гибкими. Тонкое напыление серебра очень деликатно к внешним нагрузкам. Жесткие выводы не допустимы, кроме того что металл вырвет, так еще и саму керамику можно повредить.



Для симметричного размещения пьезоизлучателей нужно разметить колбу. Инструменты для начертательной геометрии создаем из подручных средств: угольник, маркер, крутим колбу и отмечаем средину. В любом удобном месте ставим метку. Отрежем небольшой кусок провода или нитки, который равен окружности нашей колбы. Теперь измеряем длину нити и фиксируем результат, 34 см. Делим эту длину на два и получаем 17 см. Ставим метку. Далее совмещаем её с меткой на колбе. Теперь по одному из свободных концов провода осталось отметить место, где строго симметрично, относительно друг друга будут размещаться излучатели. Этот пример показан на 500 мл колбе, так как первые эксперименты проводились именно на ней.



Пора прикрепить излучатели. Делать это будем с помощью двухкомпонентного эпоксидного клея типа «Araldite», у него хорошая адгезия к различным материалам. Время полного застывания примерно сутки, несмотря на то, что на упаковке написано 90 минут. Такой эпоксидной смолой пользуются китайцы при производстве ультразвуковых ванн, и это неспроста. Выдавливаем содержимое тюбиков в пропорциях один к одному. С помощью шпателя тщательно перемешиваем состав до образования однородной массы. Она станет похожа по цвету и консистенции на сгущенку с ближайшего супермаркета. Такая же густая и тянется как нутелла.

Плюс такой массы в том, что она не растекается, минус — молочный цвет. В моем понимании эпоксид должен быть прозрачным, потому за время экспериментов было испробовано как минимум три вида подобных двухкомпонентных смол, и все они показали неплохой результат. Главное, взбивать этот гоголь-моголь медленно, чтоб пузырей не было, они препятствуют хорошему акустическому контакту между излучателем и пробиркой.



Перед нанесением, поверхности необходимо обезжирить с помощью спирто-бензина или ацетона. Угадать количество смолы на излучателе дело не простое, у меня он зачастую растекался. С маленькими колбами ситуация обстоит проще, тут эпоксида нужно в разы меньше, а следовательно, будут меньше запачканы окрестности, руки, одежда и прочее. Напомню, что отмывать подобную гадость то еще занятие.



Итак, акустические камеры готовы. Работа над созданием каждой занимает примерно 2 дня. Теперь эти сосуды можно заполнять водой и пробовать получать нейтронные звезды. Но тут кроется еще один очень важный момент!



Вода. Она тут нужна не простая, а специальная, заранее подготовленная с определенной температурой. Понимание только этого этапа отняло порядка 3-х месяцев моей жизни. Да и фиг с ней, жизней то всё равно 9 штук, прям как у кошек, но это не точно...

В основном воду для эксперимента использовал после осмоса, вам тоже рекомендую обзавестись таким фильтром. Как говорят — «мы есть то, что мы пьем», я к примеру есть пиво, а вы?!

Если фильтра нет, можно использовать дистиллированную воду, если все совсем туго, то и вода из-под крана пойдет, этот вариант тоже работать будет, но его не рекомендую!

Наливаем жидкость с запасом в чистую, заранее вымытую кастрюлю. Остатки старого супа не должны оказаться в нашей воде. Этот этап можно назвать дегазацией. В идеале тут хорошо применить вакуумную камеру, но в хозяйстве её нет, потому кипятим жидкость в течение 30 минут, этого будет более чем достаточно.

Выливаем воду в контейнер для еды, он обязательно должен быть герметичным, важно чтобы в процессе остывания вода не насосала воздуха извне. Закрываем крышку и видим как в первые секунды судок стремится расшириться и вообще взорваться при первой подходящей возможности. Но погоди, тебе нужно остыть! Поместим контейнер в холодную воду примерно на 10 минут. В это время тщательно вымоем акустическую камеру, она должна быть прозрачной как слеза. Шампунь, фейри, используем все моющие средства. За это время вода при остывании сплющила контейнер, то что нужно, она сейчас находится под вакуумом. Помещаем содержимое в морозильную камеру, нам необходимо получить температуру около 5-ти градусов. Если прозевать момент до появления корки льда, процедуру подготовки воды нужно повторить заново, так как в таком случае сонолюминесценцию наблюдать не получалось. С чем это связано — не знаю.

Чистая вакуумированная вода. Наполняем пробирку до горловины. Льем по касательной чтобы лишних пузырьков воздуха не захватить. Итак, вот она, правильная резонансная камера с правильной водой. Идеально прозрачная, холодная и шарообразная линза, в которой 10 из 10 попыток увенчались успехом при создании и наблюдении однопузырьковой сонолюминесценции.



Теперь как делать не нужно и чем это обычно заканчивается. Если просто набрать воду из-под крана или из-под фильтра без дальнейшей дегазации, да еще и наливать ее как попало, то в результате мы будем наблюдать вот такую неудовлетворительную картину. Это недопустимо! Так как наша задача получить один единственный сбалансированный пузырек, который помещается в объем жидкости извне. Но если в пробирке все же появилась газировка, достаем телефон и начинаем фоткать, можно получить красивые кадры с эффектом линзования пузырьков.



Первые попытки дегазировать воду проводились на заранее подготовленном стенде с участием дистиллята и сухого спирта. Чтобы в воду не попадали частицы пыли из воздуха, сверху надевался колпачок. Кипячение воды это еще то захватывающее явление, тут видны все восходящие потоки нагретого вещества…

Результат такого кипячения естественно ни к чему хорошему не привел, так как горловина пробирки не была герметично перекрыта, и в процессе остывания вода снова насосала воздуха и стала непригодной для продолжения дальнейших экспериментов. Но тогда я этого не знал, наливал воду и наблюдал подобную картину повсеместного пузыреобразования. Они были на внутренних стенках, в самом внутреннем объеме и в общем везде где ни попадя.



Итак, как подготовить воду мы уже знаем. При низкой температуре воды на стенках колбы начнет образовываться конденсат, он будет мешать, потому запасаемся салфетками и впитывающими тряпками. Нейтронную звезду из собственной практики удавалось получить при температурах от 5 до 15 градусов по Цельсию. При 10 свечение было ярче всего, при ниже 5 и выше 15 свечения практически не наблюдалось. При охлаждении воды до образования кристаллов льда свечения не было вообще на всем интервале температур.



Резонансная камера установлена, акустические волны воздействуют на пузырек, выключим свет и увидим редкое явление с образованием крохотной нейтронной звезды.

Для регистрации явления на камеру необходимо установить черный фон, и разжиться светосильным объективом, мой старый ультразум оказался практически слепым при съемке этого явления. Это я уже молчу про фокус в одной точке пространства. По этой причине проект был заморожен примерно на полгода до появлении нового съемочного оборудования.

Акустическую камеру на начальном этапе получения сонолюминесценции необходимо подсвечивать, чтобы понимать стабилизировался ли пузырек в центре колбы. На этом этапе информацию по созданию и подготовке акустической камеры можно считать исчерпывающей, потому переходим к генератору и системе управления данной экспериментальной установки.



Поначалу решил взять проверенную схему с ультразвуковой ванны, тут и частоту можно настроить, и мощность получить порядка 60 ватт, то что нужно. Схему разводил под имеющиеся под руками детали. Компактность платы с таким подходом гарантирована. При работе на больших мощностях сразу возникли проблемы.

Первое включение установки на проверку работоспособности, по ошибке произвел с пустой пробиркой. При перестройке частоты, стекло в какой-то момент вошло в резонанс и треснуло. Делать новую колбу было лень, нужно ремонтировать старую, вставляем кусок стекла туда, откуда он выпал, и заливаем сверху эпоксидной смолой. Возвращаем солдата в строй, и продолжаем наблюдать.



Не владея в достаточном объеме информацией, мне казалось что акустический резонанс в колбе напрямую связан с механическим резонансом самой пьезокерамики, но дело в том, что механический резонанс у каждого вида пьезокерамики будет отличаться. Это никак не помешало в течении 5-ти ночей сидеть и пытаться найти иголку в стоге сена.

Все первоначальные расчеты были взяты с потолка, отсюда неверно подобрана катушка индуктивности, частота на генераторе и прочее. Несмотря на это каким-то образом всё-таки удалось добиться стабильного пузырька в центре колбы.

Он под воздействием акустических волн сжимался до такой степени, что иногда просто исчезал из поля зрения. Иногда он начинал отражать свет как серебряная капелька металла. Амплитуды напряжения на излучателях достигали таких величин, что обыкновенный феррит внутри катушки индуктивности, начинал бить током, оставляя после себя небольшие следы ожогов на пальцах. Неоновая лампочка при этом начинает светить еще до прикосновения к излучателю. Такие сильные поля вокруг.



После многочисленных и неудачных попыток получить нейтронную звезду, мне стало интересно, что будет если закачать в акустическую камеру максимально возможную для данной системы мощность. Выкрутим напряжение на блоке питания на максимум, и посмотрим на результат. С первых секунд можно наблюдать сильную кавитацию в воде, которая меняет свои формы…

При перестройке частоты стеклянная колба вошла в резонанс и треснула, принеся себя в жертву ради науки. Содержимое колбы по мере опустошения мало-помалу оставляет свой след на потолке соседей снизу. Кругом потоп, но колба еще держится. Оставляю реальные звуки данного эксперимента в видео.

Наблюдаем за правым пьезоэлементом на резонансной камере. В этот момент он вероятно треснул, и на нем появились вспышки плазмы. Дальнейшая проверка показала, что элемент мертв. Судя по показаниям блока питания, мощность на выжившем пьезоэлементе составляет примерно 180 ватт. На этом этапе съемок я был точно уверен что сонолюминесценцию в домашних условиях получить невозможно и терять больше нечего. Куча потраченного времени, ресурсов и бессонных ночей, так как именно после захода солнца начинались работы в этом направлении…

Хваленый многими эпоксидный клей «Araldite» больших вибронагрузок не выдерживает, несколько раз приходилось переклеивать пьезоизлучатели, но это сейчас идет речь про большую акустическую камеру, которая так и не заработала должным образом.



Дальнейшим решением было связаться с самим Сергеем Матюшенко, который как никто другой знал как устроены принципы данного эксперимента. Как оказалось, он защищал дипломную работу на эту тему, потому любезно рассказал все нюансы при получении сонолюминесценции, за что ему огромное спасибо.

Итак, для начала нам нужен точный задающий генератор, у которого частота не плавает от температуры окружающей среды, для этих целей отлично подойдет синтезатор частот на микросхеме ad9850. На его выходе получаем чистый синус с шагом регулировки в 1 Гц. В хозяйстве такое устройство просто незаменимо, с его помощью можно находить резонансы, проверять рабочий диапазон аудио систем и использовать в других разных экспериментальных направлениях. Диапазон частот варьируется от 1 Гц до 40 МГц. Но, амплитуда выходного сигнала синуса у устройства очень маленькая и ровняется всего 2 вольтам. Для усиления сигнала рационально использовать усилитель.



Так как частоты в рамках эксперимента небольшие, рационально использовать усилитель звуковой частоты. В данном случае используется одноканальный усилитель класса H на микросхеме TDA1562Q. Он довольно качественный, и потрясающе воспроизводит музыку.



Для работы пьезоэлектрических излучателей необходимо высокое напряжение, источник которого в данной в схеме отсутствует. Один из способов получения достаточно высокого напряжения – это использование колебательного контура, настроенного в резонанс.

В данной работе применяется последовательный колебательный контур в котором роль ёмкости играют пьезоэлектрические излучатели, а в роли катушки индуктивности — катушка индуктивности, которая может менять свои параметры путем введения в нее ферритового стрежня. Показания тут могут меняться от 8 до 50 мГн в зависимости от длины и проницаемости феррита. Я использовал медный 0.68 провод, намотанный в 8 слоев. Чем толще провод, тем меньше потерь.

Наличие резонанса в цепи будем определять путем включения в цепь 1-омного резистора, параллельно которому подключим цепь осциллографа. При совпадении частоты генератора и собственной частоты резонанса контура, образованного катушкой индуктивности и емкостью пьезокерамических излучателей, на резисторе наблюдается максимальная амплитуда напряжения, что соответствует максимальному току цепи, что в свою очередь говорит о наличии резонанса.

Полная схема для получения однопузырьковой сонолюминесценции выглядит примерно так. Сигнал с образцового генератора подается на усилитель звуковой частоты, на выходе которого формируется синус заданной частоты амплитудой скажем в 12 вольт. Этот сигнал подается на LC-контур состоящий из переменной катушки индуктивности и акустической камеры где в роли емкости выступают пьезокерамические излучатели. В объеме жидкости формируется стоячая волна, в середине которой образуется интересующий нас светящийся пузырек.



Запускаем установку и помещаем с помощью шприца в объем жидкости маленький пузырек воздуха. Но как узнать нужную частоту при которой формируется стоячая волна внутри акустической камеры!? Всё просто.

Если считать приближённо, то резонанс достигается тогда, когда длина акустической волны равна расстоянию между пьезоэлектрическими излучателями. Если замерять диаметр нашей 100 мл пробирки, то он будет равен 65 мм, это цифра и будет ровняться длине акустической волны необходимой для наших расчетов. Как известно, длина волны распространяется в определенной среде с некоторой скоростью, и определяется выражением: длина волны равна скорости деленной на частоту. Отсюда выражаем частоту, которая равна скорости деленной на длину волны, которая так же равна скорости деленной на расстояние между пьезоизлучателями.

Скорости распространения звука в воде при t=0 равной c=1402,7 м/с. Делим эту цифру на расстояние между излучателями в 65 мм, и получаем частоту в 22.270 Гц

Также стоит учитывать изменение скорости распространения звука в жидкости с изменением температуры. С увеличением температуры скорость звука в жидкости увеличивается, поэтому частота также увеличивается. В дальнейшем, рассчитанная резонансная частота будет отличаться от фактической вследствие сложной геометрии колбы.



Итак, расчеты произведены. Начинаем подбирать частоту и наблюдаем как меняется сигнал на 1- омном резисторе включенном последовательно в цепь. Независимо от частоты, амплитуду сигнала можно менять путем введения ферритового стержня в катушку индуктивности. Очень удобно. С помощью шприца помещаем в объем жидкости пузырек. Их выдавится больше чем нужно, но за счет акустической волны они все притянутся в центр колбы.

Пьезоэлектрические излучатели приклеены на эпоксидный клей, их центры расположены на одной оси. Напряжение, приложенное к двум параллельно расположенным относительно друг друга проводящим поверхностям пьезоизлучателей, вызывает механические деформации (обратный пьезоэффект). Чем больше амплитуда напряжения, тем больше амплитуда деформации пьезоэлемента, которая передается в акустическую камеру.

Микропузырёк воздуха в колбе создаётся при помощи медицинского шприца с иглой. Затем за счёт сил Бьеркнеса, если частота ультразвука близка к резонансной или равна ей, пузырьки начнут перемещаться в центральную часть колбы. Ждем пока пузырек стабилизируется и как бы зависнет в центре акустической камеры. Если пузырек прыгает со стороны в сторону, пробуем сместить частоту в большую или меньшую сторону, добились стабильности, затем медленно поднимаем амплитуду сигнала путем введения ферритового стержня в переменную катушки индуктивности. Тут важно не перебрать, так как пузырек может дестабилизироваться, что приведёт к исчезновению свечения, или он вовсе может исчезнуть. Если свечения все еще нет, пробуем добавить или наоборот забрать пару миллилитров воды из акустической камеры. Так же помогает смещение положения пробирки относительно струбцины которая держит горловину.

Заметьте, что крепление тут осуществляется через резиновую прокладку для уменьшения внешнего влияния. Все эти факторы тем или иным способом влияют на проведение эксперимента.



В одну прекрасную ночь, примерно на 20-ой попытке, создав правильные условия мне таки удалось получить то, ради чего мы тут и собрались.

Сонолюминесценция, кавитационный пузырек, зависший в центральной части колбы начал испускать видимый голубоватый свет. Это казалось чем-то недостижимым и воистину удивительным. Редкое физическое явление, которое за счет акустического воздействия порождает свет в маленьком пузырьке воздуха. Цвет свечения и яркость в дальнейшем могли несколько отличатся. Пузырек мог испускать как белое свечение, так и голубоватое. В некоторых научных работах читал про существование красного свечения, но в рамках проведения данного эксперимента зафиксировать такое свечение не удалось. Тут влияет температура воды, наличие растворенных в ней солей, частота резонанса, амплитуда воздействия на пузырек и прочие факторы, о существовании которых трудно догадываться.

Физика возникновения вспышки света тут возникает из-за того, что мощная ультразвуковая волна в воде приводит к кавитации. Ведь звуковая волна — это чередование повышенного и пониженного давления, и если давление понизится до такой степени, что станет сильно отрицательным, то звуковая волна буквально разорвет воду и создаст в этот момент газовый пузырек. Затем, через полпериода звукового колебания, когда давление, наоборот, становится большим, этот пузырек быстро схлопывается — и в процессе резкого сжатия он нагревается.

Именно в последнее мгновение своего коллапса, когда температура внутри кавитационного пузырька достигает тысяч градусов, он и испускает короткую вспышку света. В нашем случае пузырек остается на месте, сжимаясь и расширяясь в такт ультразвуковой волне, и, испуская тысячи вспышек в секунду, порождает стабильное свечение.



Для справки. Создание этого выпуска заняло рекордные полтора года. Многие пишут в комментариях, почему видео на канале выходят так редко, отвечаю, потому что! Если кто спросит какую пользу может принести данный эксперимент, отвечаю — никакую. Мы с вами просто набрались опыта в еще одном ремесле.

Как говорится – всё гениальное – просто!



Архив с полезностями
Полное видео проекта на YouTube
Наш Instagram
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 103

    +2

    Видео смотрел давненько, спасибо!)

      +1
      В 2000г в журнале УФН выходила статья по теме Сонолюминесценция.

      чтобы скачать pdf нужно зарегаться, что не особо сложно.
        +1
        Прикольно, читал про этот эффект. Жаль руки у меня кривоваты чтоб самому что-то этакое мастерить :)
        Только при чем тут нейтронная звезда?
          –1
          Свечение напоминает яркую звезду, точечный источник с высокой интенсивностью на тёмном фоне. Видимо, так художники могли видеть нейтронную звезду.
          0
          это уже автор опыта делает название, мог бы назвать, например, интегральное свечение звезды… это уже как хочется :)
          +13
          Автор крут и молодец, но уровень отмороженности выполнения эксперимента — Креосан на максималках. 180 Ватт УЗ вполне достаточно для абляции зубной эмали, если часто сидеть рядом с разинутой варежкой. Поллитра лопнула и разлилась на стол, но автор даже не поднял с него потенциометр и катушку. Ужс.
            +7

            У Креосана, по мне, сильно попроще уровень, хотя некоторые эксперименты весьма опасны.

              +25
              image
                0
                180 Ватт УЗ вполне достаточно для абляции зубной эмали

                Можно подробнее про это явление?

                  +6
                  Можно я вклинюсь как человек, который работал с УЗ «скалером» предназначенном для удаления твёрдых зубных отложений. Там, разумеется, мощность адекватная задачам, но наконечник работает (передаёт мощность) только при контакте с твердыми тканями. Например, если прикоснуться к десне или щеке, в месте контакта ничего не происходит. А при касании зуба появляется слышимый звук (свист), а пациент может ощущать нагрев.

                  Я смутно догадываюсь, что разгадка кроется в небольшой амплитуде и большой частоте колебаний, которые могут передаваться только в твёрдую, упругую среду. Но не в воздух или в мягкие ткани.
                    +6
                    Ультразвук сильно отражается от границы раздела сред (с разной плотностью), т.е. из излучателя в воду (или тем более — в твердое тело) он выходит вполне активно, а вот из излучателя в воздух — куда слабее. Именно по этой причине при УЗИ-обследовании «головку» аппарата мажут специальным гелем (а в данном посте для акустического контакта автор использовал эбоксидку). Ну и вдобавок в воздухе ультразвук хоть и распространяется, но энергия там уже не та.
                  +12

                  Вы заблуждаетесь.
                  Ультразвук практически не передаётся по воздуху, и никакой опасности без прямого контакта не представляет.


                  Более того, мы изготавливаем преобразователи мощностью до 5 кВт, и при наладке трогаем их голыми руками, да и вообще находимся в непосредственной близости весь рабочий день. Никаких проблем с эмалью, равно как и каких-либо других профессиональных заболеваний, связанных с ультразвуком, за 30 лет существования нашей организации ни у кого выявлено не было.

                    –1
                    Ультразвук практически не передаётся по воздуху...

                    Эмм… Парктроники, ультразвуковые детекторы расстояния для Arduino?
                      +11
                      Речь про передачу энергии, а не сигнала.
                      +2
                      Погуглил внимательно — похоже да, это перевранное исследование влияния ультразвуковых очистителей на зубную эмаль с дефектами. Просто в моем случае это был декларативный пункт ТБ при работе с УЗ-гомогенизатором сходной мощности.
                      Но в любом случае уши я бы поберег.
                        +1

                        Всё верно — все известные негативные последствия связаны с непосредственным контактом с излучателем.
                        Мы не слышим ультразвуковые частоты, они не оказывают никакого вредного влияния на органы слуха. Шум, который мы слышим при работе преобразователей на жидкую среду — это шум кавитации+побочные призвуки ёмкости и т.д. Он в слышимых частотах, а допустимый уровень звукового давления регулируется санитарными нормами.

                          +2
                          Проблемы со слухом из-за ультразвука — не, не слышали! *сарказм*.

                          Если вы не слышите ультразвук, это не значит что от него не может быть вред. Это как мы не видим ультрафиолет, но для сетчатки он не очень хорош. Понятно что передать через воздух хоть какую-то заметную долю мощности с излучателя — целая проблема, но это не повод наплевательски относится к ТБ. В конце-концев вы всегда можете случайно произвести «непосредственный контакт» с излучателем.
                            +3

                            Для решения такого рода споров существуют санитарные нормы, где установлены максимальные уровни звукового давления для определённых полос частот.


                            Я говорю не о игнорировании ТБ, а о циркулирующих в обществе полумистических страхах перед ультразвуком. Люди чуть ли не свинцовые трусы надевают. Такое отношение в корне неверно.

                            0
                            Дантисты глохнут — это профессиональное заболевание. Ультразвук от современных бормашин (высокооборотных турбин, по сути) по телу доходит до ушей.
                          0
                          > Ультразвук практически не передаётся по воздуху

                          Насколько помню, от частоты зависит. Низкочастотные, да на сотню-другую ватт, кмк, вполне могут неплохо вжарить в ближайшей окрестности.
                          0
                          Креосану далеко до таких опытов. Не забывайте, что один из перспективных методов холодного ядерного синтеза — именно сонолюминесценция…
                            0

                            Не холодного, а именно термоядерного синтеза. Хотя некоторые сомневаются, что можно миллионы градусов достигнуть таким образом.

                                0
                                Да, перепутал, пардон (наверно, под впечатлением фото холодной колбы с каплями конденсата в посте). Конечно, холодный ядерный синтез — это немного другая тема, а тут он вполне «горячий» — хотя пока неясно, достаточно ли горячий. Но метод перспективный.
                                  +2
                                  достаточно ли горячий.


                                  Горячим быть — мало. Чтобы синтез не просто состоялся, а был бы профицитным надо чтобы критерий Лоусона выполнялся. Так-то в токамаках уже переплюнули температуру внутри Солнца, а толку. Так что в нейтронный выход при сонолюминесценции я поверю, а вот так чтобы она стала энергетически профицитной…
                            +13

                            Автор дико крут. Целеустремленность и усидчивость уровня бог. Брюзжание на тему «извне пишется слитно» хочется произнести с поклоном и обращением «Простите, большой белый господин»...

                              +2
                              Очень интересное явление!
                              Лет 20 назад, будучи студентом, собирал радиопередатчик на диапазон УКВ (68-72МГц), на лампах. На небольших мощностях ничего интересного не наблюдается, но на лампах ГУ-32, ГУ-19, и ГУ-50 (и вроде ещё какие-то пробовали тогда) в резонансе получалось очень красивое голубое свечение, но никакая электроника рядом уже не работала — компьютер хаотично перезагружался и зависал, CD-плеер сходил с ума и стал крутить диск в обратную сторону со зверской скоростью… А ещё я тогда открыл интересное явление, когда подносишь к аноду (на нём постоянного напряжения было что-то около 400-500В, для каких-то ламп и ещё больше) простой карандаш, и идёт дуга, ровная, и до 2 см в длину держится. Так вот, если на вход передатчика дать музыку (да, кассетный магнитофон работал рядом с этой адской машиной) — то от дуги было слышно эту самую музыку.
                              Были и ещё какие-то эффекты, менее выраженные, вроде коронного свечения, если в полной темноте смотреть, уже плохо помню подробности.
                                +7
                                Насчет дуги сразу вспомнилось это видео
                                Заголовок спойлера

                                  +1
                                  Как от них самих там звук не идёт, рядом с такой вышкой.
                                  Про траву: ехал на машине, остановился под высоковольтными проводами около речки (они низко, метров 7-9 всего), слышно как гудят. Так когда в машину садишься, если ногой травы коснуться а рукой за дверь взяться (не за пластиковую ручку, а за металл, даже если крашенный) — било током, по ощущениям вольт 100 было. Видимо, длины машины хватало на таком расстоянии. Надо было ставить не вдоль проводов, а поперёк :)
                                    +1
                                    А если бы был туман или шёл дождь, то мы бы с Вами тут не переписывались, кмк.
                                    При условии, что провода были именно высоковольтные (110кВ, например).
                                    Безопасное расстояние от ЛЭП 110кВ составляет около 20 метров, при напряжении 500кВ и 750кВ – 30 и 40 метров соответственно. Если речь идет о ЛЭП 1150кВ – расстояние должно быть не меньше 55 метров.


                                    Вообще есть «Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок», где есть параграф 24 «Охрана труда при работах в зоне влияния электрического и магнитного полей» с пунктом 24.4
                                    Предельно допустимый уровень напряженности воздействующего электрического поля (ЭП) составляет 25 кВ/м. Пребывание в ЭП с уровнем напряженности, превышающим 25 кВ/м, без применения индивидуальных средств защиты не разрешается.

                                    При уровнях напряженности ЭП свыше 20 до 25 кВ/м время пребывания персонала в ЭП не должно превышать 10 мин.

                                    При уровне напряженности ЭП свыше 5 до 20 кВ/м допустимое время пребывания персонала рассчитывается по формуле:
                                    Т=50/Е-2
                                    где:
                                    Е — уровень напряженности воздействующего ЭП, кВ/м;
                                    Т — допустимое время пребывания персонала, час.

                                    При уровне напряженности ЭП, не превышающем 5 кВ/м, пребывание персонала в ЭП разрешается в течение всего рабочего дня (8 ч).

                                    Допустимое время пребывания в электрическом поле имеет право быть реализовано одноразово или по частям в течение рабочего дня. В остальное рабочее время необходимо использовать средства защиты от электромагнитного поля или находиться в ЭП напряженностью до 5 кВ/м.
                                    Кмк, это был как раз Ваш случай.
                                  +6
                                  Голубое свечение стеклянного балло на лампы это результат бомбардировки стекла электронами, пролетевшими мимо анода. Достаточно характерный эффект для триодов и тетродов, и менее характерный для лучевых тетродов и пентодов с антидинатронной сеткой, в основном, свидетельствующий о работе с максимальной мощностью.

                                  Глубокое синее свечение внутри лампы — результат ионизации остаточных примесей в баллоне, в основном кобальта, и это нормально.

                                  Фиолетовое свечение, с переходом в оттенки пурпурного — это свечение попавшего в лампу при нарушении герметичности воздуха, и это нехорошо.
                                    0
                                    При бомбардировке электронами, вроде, рентгеновское изучение выделяется, поправьте если не прав.
                                      +2
                                      Да, мощные генераторные лампы таки изрядно «дают угля ренгтен». Даже стоявшая в свое время (до конца 70-х) чуть не в каждом телевизоре вполне бытовая ГП-5 изрядно «светила».

                                      Кстати, при осторожном поднесении отвертки (с хорошо изолированной ручкой!) к ея анодному колпачку появлялась красивая голубая дуга ВЧ-разряда, почти как у трансформатора Теслы.
                                        0
                                        Даже стоявшая в свое время (до конца 70-х) чуть не в каждом телевизоре вполне бытовая ГП-5 изрядно «светила».
                                        Так тут прямая зависимость от напряжения. На ГП-5 было от 25kV
                                          0

                                          Оо да. Отец показывал, а потом по неопытности дотронулся (а дотронулся ли?) до резинового колпачка и как ТОКнуло!

                                          +2
                                          В радиолампах ускоряющее напряжение слишком мало, и тормозное излучение получается очень мягкое, с пробегом в воздухе в миллиметры. Другое дело, если напряжение на лампах достигает нескольких киловольт, например на мощных генераторных лампах, или выпрямительных диодах.
                                            0
                                            Спасибо за пояснение!
                                            +1
                                            При тех анодных напряжениях этот рентген остается внутри лампы.
                                          +1
                                            0
                                            Офигенно, просто офигенно =>
                                            читаю: «Нейтронная звезда в пробке» — ну думаю,
                                            опять млечный путь стоит и значит «софоны» сегодня не прилетят

                                            присмотрелся: «в пробирке», уф… отлегло
                                            0
                                            А Вы ГУ-81 раскочегарить не пробовали? ;)
                                              +1
                                              Нет, как-то страшно даже было на неё смотреть, не то чтобы запускать.
                                              0
                                              CD-плеер сходил с ума и стал крутить диск в обратную сторону со зверской скоростью
                                              Это вы ещё на стрелку часов не смотрели!)
                                              0
                                              В нашем случае пузырек остается на месте, сжимаясь и расширяясь в такт ультразвуковой волне, и, испуская тысячи вспышек в секунду, порождает стабильное свечение.

                                              Если вы как писали частота
                                              Делим эту цифру на расстояние между излучателями в 65 мм, и получаем частоту в 22.270 Гц

                                              То вроде бы никак не должно быть тысяч вспышек в секунду. Судя по частоте до 50-ти вспышек в секунду.
                                                +2
                                                22 кГц. Ультразвук же.
                                                +1
                                                Как я уже написал в одной из предыдущих статей, возможно, улучшить стабильность пузырька поможет замена усилителя? В видео было сказано, что это класс D, который, как известно, даёт искажения тем сильнее, чем выше частота. А частоты у вас очень высокие (ультразвук же), и наверняка там будет не чистый синус, а всякие биения, резонансы и прочие искажения, вызванные тем, что тактовая частота усилителя близка к частоте усиливаемого сигнала.
                                                Но в статье Вы написали, что усилитель класса H. Это какой-то непонятный гибрид класса D и класса AB. Вроде, как я понял принцип H-класса, в нём по принципу усилителя D-класса динамически формируется питание для AB-усилителя. Но всё равно я бы поигрался, меняя разные усилители. Вдруг с чистым AB классом (или с аудиофильским усилителем, с заявленным верхним диапазоном килогерц в 50-60) пузырёк станет стабильнее?
                                                  +3
                                                  На усилитель нагружен на контур большой добротности, на входе — чистая синусоида. В результате получается сигнал с низким уровнем четных гармоник и без интермодуляционных искажений. Думаю, в качестве усилителя вполне подошел бы МОП (MOSFET) транзистор, на затвор которого подан меандр нужной частоты. Схема включения, например, тут.
                                                    0
                                                    В видео было сказано, что это класс D, который, как известно, даёт искажения тем сильнее, чем выше частота.
                                                    Ну к примеру самый наверное распространённый TDA7498[E] даёт TDH 0.05-0.07% до ~70W. Выше искажения растут на порядок, на 100W до ~0.3%, что тоже не много.
                                                    Максимальную частоту входгого сигнала не нашел, но можно исходить, что сам усь молотит на 250-400 kHz или можно вкачать свои гарантированные 400 kHz с внешнего источника если уж так хочется. И да, что интересно, на графике TDH резко падают с 10 kHz до 18 kHz.
                                                    ps я просто люблю класс D в силу с того что начинал когда-то с больших трансов и радиаторов:)
                                                    +5
                                                    Снимаю шляпу перед столь неистовым интересом к эксперименту с очень красивым результатом! Отдельный поклон за видеоотчёт «хроник лабораторий хомяков»!
                                                      +4
                                                      «все просто на бумаге, да забыли про овраги»

                                                      Тут больше подойдёт «прибор должен работать не в принципе, а в корпусе»
                                                        0
                                                        Скажите, а нельзя было излучатели расположить непосредственно в воде?
                                                          +2
                                                          Они же своей массой/объемом нарушат идеальную сферу жидкости и фокус резонанса собьётся.
                                                          +5
                                                          HamsterTime! Прошу проверить одну идею по созданию ультразвука в воде без пьезокерамики. В 90-ых тоже баловался подобным и случайно «изобрел» МГД генератор. Но использовал его по другому назначению. Если слегка сделать жидкость проводящей, то можно получать с помощью переменного магнитного или элетрического поля звук прямо в жидкости. Причем КПД по сравнению с пьезокерамикой на порядок выше. Например конструкция может быть такая: по бокам колбы приклеить два магнита (вместо пьезокристала), внутри колбы (снизу) наклеить фольгу с проводком, первый электрод, и пластинку сверху, второй электрод. Теперь если подать переменное напряжение на электроды в жидкости возникнет мощная звуковая волна.
                                                            –1
                                                            Столько экспериментов — Вы прямо Томас Эдисон.
                                                            Отдельное спасибо за мануал для «домашних условий».
                                                            Тесла-трансформатор я уже собирал, а вот это вижу впервые!
                                                              +5
                                                              Как тебя рад увидать тут! Твоё упорство восхищает.
                                                                +1
                                                                интересно а что если добавить еще два пьезо элемента? получилось нечто перекрестное… понятно что настроить такую систему будет сложнее, но все же.
                                                                А еще не понятны слова "… затем медленно поднимаем амплитуду сигнала путем введения ферритового стержня в переменную катушки индуктивности...". Насколько я знаю при введении феррита в катушку меняется индуктивность… а это приводит к изменению частоты резонанса в контуре.
                                                                  +6

                                                                  1) Вы не пробовали вводить шприцем не воздух, а другие газы, инертные например?
                                                                  2) Вы не пробовали ставить больше пьезокерамических источников, например ещё два перпендикулярно этим?
                                                                  3) Вы не пробовали использовать объективные средства контроля интенсивности свечения, например ФЭУ, для выявления зависимости свечения от температуры воды, интенсивности звука и т.д.?

                                                                    0

                                                                    А мне интересно, будут ли качественные различия, если поймать резонанс в иной жидкости, например, в тяжёлой воде.

                                                                      0
                                                                      Кстати да, в Википедии в статье про сонолюминесценцию написано, что при насыщении воды инертными газами явление проявляется гораздо сильнее.
                                                                      0

                                                                      Прочитал с огромным удовольствием. Спасибо.

                                                                        +5

                                                                        Видео смотрел, но текст все таки лучше!


                                                                        и если давление понизится до такой степени, что станет сильно отрицательным, то звуковая волна буквально разорвет воду и создаст в этот момент газовый пузырек.

                                                                        Только в описанном эксперименте, этого не было. Пузырек создавался искусственно, вводя воздух с помощью шприца. А ультразвуком только сжимали-разжимали. Есть сомнения, что мощность просто не хватала на получения истинно кавитационном пузырьке.


                                                                        Кстати, хотелось бы взглянуть на спектр излучения – дело в том, что если все как надо и температуры в пузырьке достаточно высоки, то спектр будет непрерывным. А если нет, то полосатым.


                                                                        И еще, мне интуиция говорит, что уменьшая размер сосуда, все должно получится намного лучше. Главно потому что нужная частота ультразвука повысится, этим повышая скорость схлопывания пузырька и максимальные температуры внутри. И может быть нужная мощность уменьшиться…

                                                                          +1
                                                                          Интерестно, какие условия образуются в самом светящемся пузырьке? Свечение происходит из-за нагрева же?
                                                                            0

                                                                            Если это подлинная «однопузырьковая» сонолюминесценция, то температура в конце схлопывания должна быть около 100000...150000 градусов.


                                                                            А если «многопузырьковая» (хоть и пузырек только один) то около 2000...5000 градусов.

                                                                              0
                                                                              А есть какой-то теоретический предел температуры, которая может быть достигнута в таком пузырьке?
                                                                                0

                                                                                Насколько я знаю, это не совсем ясно. Кстати, я немножко приврал насчет 100К градусов. Скорее всего 50К, это норма для однопузырьковой СЛ. Так, теория которая сейчас считается верной, утверждает, что газ разогревается из за сверхзвуковой ударной волной, которая распространяется в пузырьке. Так, если так, то разогрев зависит от квадрата число Маха ударной волной. Теоретический предел, вроде и нет...

                                                                              –2
                                                                              Сонолюминесценция — одна из загадок современной науки, и общепризнанной теории её возникновения до сих пор нет.
                                                                                +7
                                                                                Только не современной, а популярной. Все досконально академически изучено в 90-е, просто журнализдам пищи для желтизны нету, потому тема ими и «не изучена».
                                                                                  +1
                                                                                  Приведите, пожалуйста, ссылки на публикации и/или фамилии авторов.
                                                                                    +1
                                                                                    Можно начать со ссылок, приведенных в той же Википедии.
                                                                                    Например, обзорная статья 2002 года: тыц
                                                                              0
                                                                              Для акустического контакта между излучателем и целевым сосудом удобно использовать силиконовый герметик. Он эластичен, не разрушается (а ультразвук жесток к твердым, но хрупким материалам), ну и при необходимости легко переклеить, т.к. его адгезия несравнима с эбоксидкой.
                                                                                +5

                                                                                В герметике будут колоссальные потери, в нем рассеется бОльшая часть энергии, которую вы хотите передать.

                                                                                0
                                                                                Как хомяки отнеслись к ультразвуку? Что-то на фото их не видно ;-)
                                                                                  –1
                                                                                  Очень крутая статья, прочитал на одном дыхании. Тепрь нужно добавить в колбу дейтерий и попробовать получить настоящую звезду :)

                                                                                  P.S. Кстати, а не могло ли быть так, что невоспроизводимость эксперимента Руси Талеярхана была вызвана сложностью повторения сонолюминесценции?
                                                                                    +1
                                                                                    Насколько я понимаю, то то похожее пытаются сделать в General Fusion, но там всё серьёзнее, с паровыми молотами вместо ультразвука.
                                                                                      0
                                                                                      Ну эта тема была популярна в конце 90х-начале 2000х. Был даже фильм, если не ошибаюсь Цепная Реакция с Киану Ривзом. Заявлялось, что группе физиков удалось получить реакцию слияния в процессе сонолюминесценции, но позже ничего подобного воспроизвести не удалось.
                                                                                    –5
                                                                                    Не пробовали туда в момент образования, спичечной серы или капель спирта добавить, или других хим елементов? Ради эксперимента. Вдруг вода сдетонирует)
                                                                                      +3

                                                                                      Кстати уже после вашего видео вышло другое, у The Thought Emporium: https://www.youtube.com/watch?v=puVxGnl_3y8


                                                                                      Там выяснилось, что многие вещи можно сделать гораздо проще.

                                                                                        +4
                                                                                        мелочь
                                                                                        частот варьируется от 1 Гц до 40 мГц.

                                                                                        м — милли
                                                                                        М — мега
                                                                                          –2
                                                                                          автор молодец, хоть и 1,5 года мог потратить на что-то более полезное)
                                                                                            +2

                                                                                            Я думал и правда свечение будет как на КДПВ! А там получается белая точка. Но всё равно достаточно интересное явление, тоже благодарю за интересное приключение. Даже видеоверсию посмотрел, что делаю редко в случае статей.

                                                                                              +1
                                                                                              А использовать глицерин вместо воды не пробовали?
                                                                                                0
                                                                                                глицерин (как и любая органика) должен через некоторое время чернеть из-за загрязнения сажей. по крайней мере это происходит при зажигании электрической дуги в нем
                                                                                                +7
                                                                                                А если еще добавить ВЧ или СВЧ генератор, то получится соноплазма — это когда в этом пузырьке еще и плазма зажигается. Если зажигать в жидких углеводородах (мы в свое время в додекане пробовали), много интересного получается.
                                                                                                  +4

                                                                                                  Плазма там и так есть без всякого ВЧ/СВЧ. Именно она и светит.

                                                                                                    +2
                                                                                                    А если вкратце — что именно интересного?
                                                                                                      0
                                                                                                      Можно наночастицы осаждать. Или diamond-like carbon.
                                                                                                    +4
                                                                                                    Спасибо за интересную статью!

                                                                                                    Подскажу? что для определения резонанса стоит наблюдать не за амплитудой тока в резисторе а за фазовым сдвигом между питающим напряжением и током в резисторе. Если подводимая частота выше резонанса контур ведет себя как индуктивность, если ниже — как емкость, а в резонансе как активная нагрузка. Фазовый сдвиг можно измаерять с помощью фигур лиссажу на осцилографе или с помощью компаратора и НЧ фильтра. Вблизи резонанса амплитуда от частоты проходит через максимум, который трудно найти визуально, а фаза быстро менеятся в главном приближении линейно с частотой, проходя через 0 в резонансе. К стати, используя фазовый сдвиг как сиграл ошибки можно сделать автоподстройку дросселя в резонанс (даже электромеханическую).
                                                                                                      0

                                                                                                      Вот так вот) (кто смотрел поймёт)

                                                                                                        0
                                                                                                        Производитель завод «Дружная горка», старейшее предприятие в своей отрасли, которое существует с 1801 года.


                                                                                                        Боюсь, что уже давно не действует (если мы говорим про завод в Лен. Обл. Гатчинский р-н). Я там был лет 10 назад и, помнится, там уже всё было разрушено в труху. Впрочем, может, чего и осталось ещё.
                                                                                                          0
                                                                                                          Интересно тоже самое попробовать на тяжелой воде D2O. Жаль, что она дорогущая…
                                                                                                          +1
                                                                                                          О, хомяки теперь и тут)
                                                                                                            0

                                                                                                            А где в конце статьи:
                                                                                                            " Не подписывайтесь на канал, ставьте дизлайки, вот так вот" :)

                                                                                                              0
                                                                                                              > вот так вот

                                                                                                              Я тоже только ради этого до конца статью дочитал (видео уже смотрел ранее).
                                                                                                              –2
                                                                                                              Поаккуратнее там, а то как бы не случился в такой установке ультразвуковой термояд.
                                                                                                                0
                                                                                                                После статьи заинтересовался темой сололюминисценции и нашел интересный рассказ-воспоминание ученого www.proza.ru/2014/02/23/1868
                                                                                                                UPD: И вот еще одна интересная статья elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432660
                                                                                                                  +1

                                                                                                                  HamsterTime, вот чего мне не хватало в твоих видео. Хабравского обсуждения. Шикарное дополнение к шикарному эксперименту

                                                                                                                  0
                                                                                                                  Возможно, делать расчеты резонансной частоты для комнатной температуры, было бы правильнее. Это немного упростило бы получение нужного эффекта. Стабильнее температура воды — стабильнее эффект.
                                                                                                                    0

                                                                                                                    Дело в том, что сонолюминесценция легче возникает именно в холодной водe. А в воде комнатной температуры, увы намного труднее.

                                                                                                                    0
                                                                                                                    Не уверен, что стеклянная колба — лучший сосуд для такого эксперимента. Твердый и хрупкий.

                                                                                                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                                    Самое читаемое