Продолжим начатую нами ранее тему пузырьков.
Процесс их образования можно наблюдать, например, при закипании жидкости. При этом пузырьки воздуха зарождаются на дне емкости, затем отрываются и поднимаются на поверхность.
Причина элементарна, вода содержит молекулы различных газов таких, как кислород, водород или азот. При нагревании газы расширяются, что и приводит к образованию воздушных пузырей. При этом пузырек воздуха принимает шарообразную форму за счёт сил поверхностного натяжения.
Казалось бы, именно примеси различных веществ в воде приводят к образованию пузырей. И, возможно, при выборе питьевой воды стоит обращать внимание на пузыри воздуха на стенках бутылей, что может свидетельствовать о низком качестве очистки. Но, как уже описано выше, пузыри - это результат естественной физической реакции. Полное отсутствие пузырьков воздуха возможно только в полностью очищенной дистиллированной воде, измененный состав которой вызывает иное протекание естественных физических и химических реакций.
Рассмотрим подробнее процессы, происходящие при кипении. При температуре кипения каждая молекула вещества имеет достаточную энергию для преодоления сил, удерживающих молекулы вместе в состоянии жидкости. При этом начинают формироваться пузыри водяного пара на некоторых ядрах парообразования (на пылинках или других примесях). Затем все большее количество водяного пара проникает в первые пузыри, за счет чего они увеличиваются в размерах. Но окружающая вода все еще остается холодной, поэтому пузыри схлопываются при подъеме и не достигают поверхности. Пузыри приходят в движение под действием выталкивающих сил Архимеда, а силы трения Стокса стремятся компенсировать это движение.
Такое постоянное зарождение и рост пузырей определяют пузырьковое кипение. В конечном итоге, пузыри достигают поверхности и лопаются, образую паровую фазу над жидкостью.
Можно рассмотреть движение пузырька в вертикальном канале. Изменение соотношения внутреннего давления в пузырьке и давления окружающей среды приводит к деформации его поверхности. В результате увеличения объема и изменения формы пузырька возникают его колебательные движения. Траектория всплытия пузырька носит волновой характер, что представлено на рисунке ниже.
Можно установить, что в жидкостях возникают и обратные эффекты. Так называемые антипузыри, когда капля жидкости оказывается окруженной тонкой плёнкой газа. Антипузыри формируются, например, когда капли одной жидкости попадают в другую. Они либо могут скользить вдоль поверхности жидкости (достаточно быстро), либо могут быть полностью погружены в объем жидкости. Кроме того, им свойственно отскакивать от других объектов, расположенных в воде (например, воздушных пузырьков).
Антипузыри имеют перспективу важного практического применения в доставке лекарственных препаратов. Рассматривается замена воздушных оболочек антипузырей жидким полимером. Таким образом, полимеризация оболочки с помощью ультрафиолетового излучения позволит создавать заполненные лекарством капсулы.