Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 22. 2 juni 1951 - Ultraljudgeneratorer, av Olle Lindström
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
474
TEKNISK TIDSKRIFT
flytanden11-13-18. Kavitation de novo fordrar för
sin uppkomst t.ex. i vatten negativa tryck av
storleksordningen 100—200 at a, eftersom hela
det inre trycket eller kohesionen måste
övervinnas. De växeltryck, som uppkommer vid
ultra-ljudvibrationer i vattnet, är i allmänhet mindre
än 10 at a. Det torde därför vara uteslutet, att
ultraljudet skulle kunna framkalla en kavitation
de novo, som fordrar en tiopotens starkare
spänningar för sin bildning. Ultraljudkavitationen bör
därför betecknas som falsk eller mild kavitation.
Falsk kavitation, i fortsättningen kallad
kavitation, är beroende av många olika faktorer.
Förutom temperatur och tryck inverkar sådant som
dammhalten i lösningen, molekylärt löst gas,
dispers gas (gaskärnor), förekomsten av
hydro-foba fläckar på reaktionskärlets väggar samt
närvaro av ytaktiva ämnen i lösningen2.
Gemensamt för dessa kavitationsfrämjande faktorer är,
att de ger upphov till hål i vätskan av större än
molekylär storlek. När trycket i vätskan vid ett
sådant störställe blir negativt, t.ex. när
dragspänningen i ultraljudfältet blir högre än
atmosfär-trycket, brister vätskan, kavitation uppstår.
Kavitationen är tydligen tryckberoende, så att
den genomlöper ett maximum. Vid låga yttre
tryck försvinner skillnaden mellan
koknings-fenomenet och kavitationen, nämligen att de
ka-viterande bubblorna åter bryter samman. Vid
höga yttre tryck räcker däremot den utvecklade
dragspänningen ej till att motväga det yttre
trycket och hålbildning kommer ej till stånd.
För kavitationens temperaturberoende kan ett
liknande resonemang tillämpas. Vid högre
temperaturer avtar kavitationen i styrka. Visserligen
underlättas hålbildningen, men bubblornas
sam-manbrytning förhindras eller försvåras på grund
av ångtryckets ökning.
Det förtjänar påpekas att kavitation i
ultraljudfält även beror av ultraljudets frekvens. Det
fordras nämligen högre akustisk effekt vid hög
än vid låg frekvens, för att kavitationen skall
bli lika stor. Av detta följer, att man bör använda
låg frekvens, när ultraljud används för ändamål,
vid vilka kavitationen är av betydelse5.
Skillnaden mellan kavitation i ultraljudfält och
kavitation alstrad med andra medel är, att de
ka-viterande bubblorna kan svänga i resonans med
ultraljudet, i synnerhet om i dem finns en ringa
mängd vid ifrågavarande temperaturer
icke-kon-denserbar gas. I dessa svängande blåsor uppstår
enligt approximativa beräkningar under korta
tidsperioder tryck på omkring 1 000 at a,
temperaturer på flera hundra grader samt mycket
betydande masskrafter. Detta torde förutom
ka-vitationsfenomenet självt ha en viss betydelse för
ultraljudets dispergerande verkan13-21.
Absorptionen av ultraljud är i hög grad
beroende av om kavitation förekommer eller ej. Vid
denna utvecklas en värmemängd, som är betyd-
lig (ofta 5—10 gånger) större än den som
uppkommer vid frånvaro av kavitation men under i
övriga jämförbara betingelser, ökningen i
värmeutveckling torde bero dels på de
resonanssvängande bubblorna, dels på det arbete, som behövs
för att bilda kavitationsbubblorna.
Kavitationen som sådan kännetecknas av en
utpräglad hysteresiseffekt i sitt beroende av den
akustiska effekten. Har kavitation en gång
börjat, fortsätter den, även om den akustiska
effekten minskas till ett värde, som betydligt
understiger det belopp, som behövdes för att sätta igång
den. Först så småningom avklingar den
kvarblivande kavitationen.
För den rent kemiska verkan av kavitationen,
främst oxidations- och reduktionsverkningar i
vattenlösningar, har åtskilliga teorier uppställts.
Länge ansågs det primära förloppet vara en
direkt aktivering av löst svre vid kavitationen12-15’16.
Denna teori får nu anses som förlegad, sedan det
visats, att oxidationsverkningar uppträder även
vid frånvaro av syre10-23. Viktigt är dock att
man har någon löst gas närvarande på grund av
dess betydelse för kavitationen. En nödvändig
förutsättning bör dock detta ej vara, eftersom
kavitation även kan främjas av andra faktorer.
Flera författare har den senaste tiden påpekat,
att en analogi existerar mellan ultraljudets
verkningar i vattenlösningar cch joniserande
strålnings radiokemiska verkningar14-17-20. Den
primära och karakteristiska reaktionen skulle vara,
att vattenmolekyler vid kavitationen splittras i
väteatomer och hydroxylradikaler. Ett direkt
experimentellt stöd för denna radikalteori utgör
den av ultraljud inducerade polyinerisationen av
akrylnitril i utspädd vattenlösning, som
studerats av Lindström och Lamin14. Förekomsten av
fria radikaler stämmer väl med Frenkels hypotes
om en balloelektrisk effekt vid kavitationen79.
På grund av den statistiskt varierande
laddningsfördelningen i vätskan kommer ett elektriskt fält
att utvecklas över en snabbt växande kavitet. Vid
elektriska urladdningar i en atmosfär av
vattenånga är just bildandet av fria radikaler en av de
betydelsefulla reaktionerna.
En alternativ möjlighet kan vara, att den
primära bildningen av fria radikaler framkallas
genom stötjonisation vid sammanbrottet av de
kaviterande bubblorna. Vid denna kollaps torde
betydande krafter utvecklas, beräkningar ger
värden på omkring 103°C och 103 at a19.
En intressant, om ock ännu ej helt verifierad
tolkning av kavitationens kemiska verkan har
framlagts av Weyl och Marboe25. Dessa
författare anser, att vattenstrukturen öppnas vid
kavitationen, så att det i ytan in mot kaviteten
ligger väte- och syreatomer, som är elektriskt
laddade eller kemiskt omättade, dvs. joner eller
radikaler. Kavitationens kemiska verkan kan
tydligen lätt förstås med hjälp av denna hypotes.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
