Pazar, Nisan 14, 2024
Ana Sayfa arşiv Işık ve ses dalgaları negatif basıncı ortaya çıkarıyor

Işık ve ses dalgaları negatif basıncı ortaya çıkarıyor

Işık ve ses dalgaları negatif basıncı ortaya çıkarıyor
Işık ve ses dalgaları negatif basıncı ortaya çıkarıyor

Negatif basınç fizikte nadir görülen ve tespit edilmesi zor bir olgudur. Erlangen’deki Max Planck Işık Bilimi Enstitüsü’ndeki (MPL) araştırmacılar, sıvı dolu optik fiberler ve ses dalgaları kullanarak bunu ölçmek için yeni bir yöntem keşfettiler.

Jena’daki Leibniz Fotonik Teknolojiler Enstitüsü (IPHT) ile işbirliği içinde, Birgit Stiller liderliğindeki Kuantum Optoakustik araştırma grubundaki bilim adamları, termodinamik durumlara dair önemli bilgiler edinebilirler.

Fiziksel bir nicelik olarak basınçla çeşitli alanlarda karşılaşılır: Meteorolojide atmosferik basınç, tıpta kan basıncı, hatta günlük yaşamda düdüklü tencerelerde ve vakumlu yiyeceklerde. Basınç, katı, sıvı veya gazın yüzeyine dik olarak birim alan başına etki eden kuvvet olarak tanımlanır. Kapalı bir sistem içerisinde kuvvetin etki yönüne bağlı olarak çok yüksek basınç, ekstrem durumlarda patlayıcı reaksiyonlara yol açabilirken, kapalı bir sistemdeki çok düşük basınç, sistemin kendisinin patlamasına neden olabilir. Aşırı basınç her zaman, daha fazla hava eklendiğinde genişleyen bir balon gibi, gaz veya sıvının içeriden kabının duvarlarına doğru itilmesi anlamına gelir. Yüksek ya da alçak basınç olmasına bakılmaksızın normal şartlarda basıncın sayısal değeri her zaman pozitiftir.

Ancak sıvıların kendine has bir özelliği vardır. Negatif bir basınç değerine karşılık gelen belirli bir yarı kararlı durumda bulunabilirler. Bu yarı kararlı durumda, çok küçük bir dış etki bile sistemin şu veya bu duruma çökmesine neden olabilir. Bunu bir hız treninin tepesinde oturmak gibi hayal edebilirsiniz: bir tarafa veya diğerine en ufak bir dokunuş sizi raylardan aşağı fırlatır. Mevcut araştırmalarında bilim insanları, negatif basınçlı sıvıların yarı kararlı durumunu inceliyorlar. Bunu başarmak için araştırma ekibi, yayınlanan bir çalışmada iki benzersiz tekniği birleştirdi.

Başlangıçta, çok küçük miktarlardaki bir sıvı (nanolitreler) tamamen kapalı bir optik fiber içinde kapsüllendi ve hem yüksek pozitif hem de negatif basınçlara izin verildi. Daha sonra, sıvıdaki optik ve akustik dalgaların spesifik etkileşimi, sıvının farklı durumlarındaki basınç ve sıcaklığın etkisinin hassas bir şekilde ölçülmesini mümkün kıldı. Ses dalgaları, negatif basınç değerlerini incelemek, maddenin bu benzersiz durumunu yüksek hassasiyet ve ayrıntılı uzaysal çözünürlükle keşfetmek için sensör görevi görür.

Negatif basıncın bir sıvı üzerindeki etkisi şu şekilde düşünülebilir: Termodinamik yasalarına göre, sıvının hacmi azalır, ancak sıvı, tıpkı bir su damlasının cam elyafına yapışması gibi, yapışma kuvvetleri tarafından cam elyaf kılcal damarı içinde tutulur. bir parmak. Bu, sıvının “gerilmesine” neden olur. Ayrılır ve gerilmiş bir lastik bant gibi davranır. Bu egzotik durumu ölçmek genellikle yüksek güvenlik önlemlerine sahip karmaşık ekipmanlar gerektirir. Yüksek basınçlar, özellikle zehirli sıvılar söz konusu olduğunda tehlikeli girişimler olabilir.

Bu çalışmada araştırmacılar tarafından kullanılan karbon disülfür bu kategoriye girmektedir. Bu komplikasyon nedeniyle, negatif basınçları oluşturmaya ve belirlemeye yönelik önceki ölçüm kurulumları, önemli miktarda laboratuvar alanı gerektiriyordu ve hatta yarı kararlı durumdaki sistemde bir rahatsızlık yaratıyordu. Burada sunulan yöntemle araştırmacılar, ışık ve ses dalgalarını kullanarak çok hassas basınç ölçümleri yapabilecekleri küçük, basit bir düzenek geliştirdiler. Bu amaçla kullanılan elyaf ancak insan saçı kalınlığındadır.

MPL Kuantum Optoakustik araştırma grubunun başkanı Dr. Birgit Stiller, “Sıradan ve yerleşik yöntemlerle keşfedilmesi zor olan bazı olgular, yeni ölçüm yöntemleri yeni platformlarla birleştirildiğinde beklenmedik bir şekilde erişilebilir hale gelebilir. Bunu heyecan verici buluyorum” diyor. Grup tarafından kullanılan ses dalgaları, bir optik fiber boyunca sıcaklık, basınç ve gerilim değişikliklerini çok hassas bir şekilde algılayabiliyor.

Ayrıca, mekansal olarak çözümlenmiş ölçümler mümkündür; bu, ses dalgalarının, optik fiberin içindeki durumun, uzunluğu boyunca santimetre ölçeğinde çözünürlükte bir görüntüsünü sağlayabileceği anlamına gelir. Makalenin iki baş yazarından biri olan Alexandra Popp, “Metodumuz, bu benzersiz fiber bazlı sistemdeki termodinamik bağımlılıkları daha derinlemesine anlamamızı sağlıyor” diyor. Diğer başyazar Andreas Geilen şunları ekliyor: “Ölçümler bazı şaşırtıcı etkileri ortaya çıkardı. Negatif basınç rejiminin gözlemlenmesi, ses dalgalarının frekansına bakıldığında çok daha net hale geliyor.”

Optoakustik ölçümlerin sıkı bir şekilde kapatılmış kılcal fiberlerle birleşimi, normalde araştırılması zor olan malzemeler ve mikroreaktörler içindeki zehirli sıvılardaki kimyasal reaksiyonların izlenmesine ilişkin yeni keşiflere olanak tanır. Termodinamiğin yeni, erişilmesi zor alanlarına nüfuz edebilir. Jena’daki IPHT’den Prof. Markus Schmidt, “Tamamen yalıtılmış sıvı çekirdekli fiberlerden oluşan bu yeni platform, yüksek basınçlara ve diğer termodinamik rejimlere erişim sağlıyor” diyor ve yine Jena’daki IPHT’den Dr. Mario Chemnitz şunu vurguluyor: “Bu harika bir şey. Bu tür fiberlerde daha fazla doğrusal olmayan optik olayı araştırmaya ve hatta uyarlamaya ilgi var.” Bu fenomen, malzemelerin benzersiz termodinamik durumundaki daha önce keşfedilmemiş ve potansiyel olarak yeni özelliklerin kilidini açabilir. Birgit Stiller şu sonuca varıyor: “Erlangen ve Jena’daki araştırma gruplarımız arasındaki işbirliği, kendi uzmanlıklarıyla birlikte, küçük ve kullanımı kolay bir optik platformda termodinamik süreçlere ve rejimlere yeni bakış açıları kazandırma açısından benzersizdir.”

BENZER KONULAR

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Hücresel atık yönetimi ve yaşlanmada otofaji genlerinin yeni rolleri

Yaşla birlikte azalan otofaji, araştırmacıların daha önce şüphelendiğinden daha fazla gizemi barındırıyor olabilir. Buck Enstitüsü, Sanford Burnham Prebys ve Rutgers Üniversitesi'nden bilim adamlarının, yanlış...
- Advertisment -

Son Eklenenler

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Hücresel atık yönetimi ve yaşlanmada otofaji genlerinin yeni rolleri

Yaşla birlikte azalan otofaji, araştırmacıların daha önce şüphelendiğinden daha fazla gizemi barındırıyor olabilir. Buck Enstitüsü, Sanford Burnham Prebys ve Rutgers Üniversitesi'nden bilim adamlarının, yanlış...

Antibiyotik Direnci Araştırmalarında Oyunun Kurallarını Değiştirecek Bir Şey

Antibiyotiğe dirençli bakterilerle mücadeledeki potansiyeli nedeniyle incelenen bir bakteriyofaj olan φX174, alternatif antibiyotiklerin geliştirilmesine yönelik yeni bilgiler sunuyor. yaşında COVID-19kelime "virüs” bulaşma, hastalık ve hatta...