Essa divulgação foi apresentada no 1. semestre de 96 para Física Experimental II. Este texto foi grosseiramente convertido para HTML. A versão original está em formato Word5 para Macintosh.

Sonoluminescência

Sonoluminescência é o processo de converter energia sonora em luz. Para isso, incide-se uma onda sonora sobre uma bolha previamente formada dentro de um líquido. A bolha concentra a vibração acústica por um fator de 1 trilhão, e a transforma num flash de luz com duração da ordem de picosegundos.

A montagem deve ser cuidadosa, consistindo basicamente de dois transdutores pizoelétricos colados diametralmente sobre um frasco de vidro esférico cheio de água e suspenso por um suporte apropriado. O frasco deverá ser preso pela sua boca, para liberar as paredes para a ressonância. Os transdutores são ligados a um amplificador de áudio, conectado a um gerador.

O objetivo é criar ondas sonoras que atinjam a frequência de ressonância. Essa frequência é igual à velocidade do som na água (1500 m/s) dividido pelo diâmetro da esfera. O vidro do frasco tende a aumentar um pouco (cerca de 10%) essa frequência. Um microfone pizoelétrico é colado embaixo do frasco e ligado a um osciloscópio para monitorar a ressonância. Usando-se um frasco esférico Pyrex de 100 mililitros, com diâmetro de 6.5 cm, a frequência de ressonância fica em torno de 25kHz.

Os transdutores devem estar ligados em paralelo, para que possam expandir e contrair ao mesmo tempo. Como eles têm capacitância por volta de 2nF, devem estar em série com um indutor de 20 mH para haver ressonância na frequência de 25kHz. A saída do amplificador deve ser de 1 volt pico-a-pico, pois esta é a tensão de entrada dos transdutores.

É necessário ter o frasco estremamente limpo, pois óleo e outras impurezas prejudicam o experimento. A bolha de sonoluminescência só aparece quando o excesso de gás natural dissolvido na água for removido. A melhor maneira de fazer isso é fervendo-a. Ao se recolocar a água no frasco, o ar irá naturalmente se mistrurar na proporção exata para o esperimento.
Com tudo montado, deve-se ajustar ligar os aparelhos e ajustar para que haja ressonância a 25KHz, controlando pelo osciloscópio. Também deve-se monitorar a corrente para evitar aquecimento.

A frequência de ressonância também pode ser encontrada examinando-se as bolhas no frasco. Para enxergar melhor, pode-se colocar uma lâmpada atrás, pois pequenas bolhas espalham luz melhor para frente. A visibilidade é melhorada com fundo escuro. Com um conta-gotas, deve-se retirar um pouco de água e, enquanto estiver olhando, espirrar fortemente a água sobre a superfície, de modo a produzir umas 10 a 30 bolhas. Deve-se ajustar o gerador de modo que as bolhas se movam para o centro e finalmente se aglutinem numa só. Quando tudo está ajustado, geralmente é fácil criar uma bolha apenas mexendo com um bastão.

A observação inicia-se tendo-se uma bolha normal ao centro (de tamanho de vários mícrons). Quando a onda sonora atinge a bolha, a pressão cai, fazendo-a aumentar de volume. Por causa disso, a densidade da bolha diminui consideravelmente, visto que o número de moléculas de gás continua o mesmo. Neste ponto, a onda sonora comprime a bolha, sobre o qual já atua pressão atmosférica devido ao vácuo. Desse modo, o raio da bolha passa de 50 para 0,5 mícron, não podendo diminuir mais de volume por causa das forças de Van Der Waals. A luz é emitida enquanto a bolha é desacelerada, ao diminuir seu raio.

Não há explicações teóricas sobre o valor que este raio atinge, nem o quanto de energia que se concentra na hora do colapso da bolha, nem sobre a maneiro com que isso ocorre. Pelo espectro da radiação emitida, estima-se que a temperatura chegue a 100.000 Kelvins! A emissão de luz ocorre em vários flashes de 50 picosegundos, a intervalos regulares típicos de 35 microsegundos.
O experimento é, além disso, sensível a mudança de vários fatores, como temperatura, meio líquido, e até composição do gás dissolvido na água. Verificou-se que a emissão de luz aumenta consideravelmente à medida que se esfria a água. Várias pesquisas podem ser feitas, como o efeito de campo magnético, os efeitos de várias substâncias dissolvidas na água, etc.

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