Zeepbel en laser

[jkien]

zeepbel 904 keer bekeken

Bovenaanzicht van een zeepbel op een bord, geblazen met een rietje.
 
Hierboven is te zien dat de ademlucht in een zeepbel een laserstraal verstrooit (de laser bevindt zich rechts, buiten beeld). Buiten de zeepbel is er geen verstrooiing. De verstrooiing in de zeepbel zwakt geleidelijk af. Na een halve minuut is de verstrooiing verdwenen.
 
Als de zeepbel geblazen is met pure lucht uit een ballonpompje, in plaats van ademlucht, dan is er binnen de zeepbel geen verstrooiiing.
 
Vanwege het afzwakken en verdwijnen van de verstrooiing vermoed ik dat de verstrooiende component in ademlucht een aerosol is, die verdampt.
 
Waarom ontstaat er eigenlijk een aerosol in ademlucht, waarom blijft het niet waterdamp?
 

[gast031]

 
Waarom ontstaat er eigenlijk een aerosol in ademlucht, waarom blijft het niet waterdamp?

 
Door het temperatuurverschil de adem is warmer dan de omgevingstemperatuur waardoor de adem in de longen meer waterdamp kan bevatten dan bij uitademing waarbij deze afkoelt, in de winter zelfs sterk afkoelt. De fijne waterdruppels beslaan waarschijnlijk het bord na verloop van tijd daarom dat de verstrooiing afneemt.

[Benm]

Ik sluit me aan bij bovenstaande. Als je langzaam uitademt blaas je lucht uit met 100% RH bij lichaamstemperatuur, en zal daaruit water condenseren bij kamertemperatuur. Normaliter zijn dit dusdaning kleine druppeltjes dat je ze niet ziet, in tegenstelling tot wanneer het temperatuurverschil groter is en je ademwolkjes uitblaast,  bijvoorbeeld in de winter buiten.
 
Die laser verstrooit voldoende op kleine deeltjes om zichtbaar te zijn. Je ziet dat ook als het zicht buiten enkele kilometers is en je daar met een laser doorheen schijnt. Overigens zie je laserstralen in lucht ook bij 'onbeperkt' zicht, maar dat heeft een ander mechanisme. 

[Back2Basics]

 Overigens zie je laserstralen in lucht ook bij 'onbeperkt' zicht, maar dat heeft een ander mechanisme. 

 
Zou je laserstralen ook in een cleanroom moeten kunnen zien?

[Benm]

In principe wel, voor zover het veroorzaakt wordt door rayleigh scattering in ieder geval. Dat zou dus het beste gaan met een blauwe of violette laser. 
 
Of je het -daadwerkelijk- gaat zien hangt natuurlijk wel af van hoe intens de laser is, en van eventueel omgevingslicht. 

[ArcherBarry]

En mogelijk ook de relative vochtigheid in de clean room kan een effect daarop hebben.

[Benm]

Dat zou kunnen, maar in principe werkt het ook gewoon in schone droge lucht of een ander gas. In een vacuum moet het effect verdwijnen (nooit geprobeerd maar spreekt voor zich). 

[gast031]

Hoe schoner de lucht hoe minder de verstrooiing en in een vacuüm kun je de laser helemaal niet meer zien omdat er geen verstrooiing meer mogelijk is tenzij deze natuurlijk recht in je ogen schijnt. Is er een gas aanwezig dan hangt het ook af van de druk, hoe hoger de druk hoe groter de verstrooiing. En natuurlijk welk gas er in de ruimte aanwezig is en zoals Benm ook al zegt hoe sterk en de kleur van de laser.

[Benm]

Het maakt me wel benieuwd naar de invloed van druk
 
Helaas heb ik geen systeem waarmee ik een doorzichtig vat onder hoge druk kan brengen om te kijken of een laserbundel daarin zichtbaarder is dan in de omgevingslucht. Als de lucht verder schoon en droog is zou ik verwachten van wel, maar het is praktisch lastig te demonstreren. Niet dat je geen 10 bar in een doorzichtig vat kunt pompen, maar meer omdat er in lucht meestal teveel 'troep' zit om nog een verschil te maken. Leuk experiment als iemand een cleanroom beschikbaar heeft

[gast031]

Het is gewoon een logische redenering over wat we al weten, die volgens mij juist is. De verstrooiing hangt af van het aantal moleculen in het gas en de grootte ervan, haal je dit allemaal weg dan is geen verstrooiing meer mogelijk. Het aantal moleculen per cm³ is ook afhankelijk van de druk en temperatuur, dus hoe meer moleculen hoe groter de verstrooiing. Maar je blijft een sterke laser nodig  hebben omdat in zuiver gas de verstrooiing minimaal is.

[jkien]

Door het temperatuurverschil de adem is warmer dan de omgevingstemperatuur waardoor de adem in de longen meer waterdamp kan bevatten dan bij uitademing waarbij deze afkoelt, in de winter zelfs sterk afkoelt. De fijne waterdruppels beslaan waarschijnlijk het bord na verloop van tijd daarom dat de verstrooiing afneemt.

 

Ik heb nog eens gekeken of je met het blote oog kunt zien of de druppels pas verdwijnen als ze een grensvlak naderen, zoals het bord of het zeepvlies.

 

De foto van het startbericht laat zien dat de laserbundel korrelig is, de 'korrels' (druppels) zie je met het blote oog. De korrels in de laserbundel zijn aanvankelijk beweeglijk, omdat de lucht in de zeepbel nog wervelt, maar ze komen snel tot rust, zijn dan weinig beweeglijk, en ze vertonen geen systematische beweging naar een grensvlak. Het aantal zichtbare korrels in de bundel neemt wel snel af tot nul.

 

Ook bij een verticale laserbundel door een zeepbel die aan een ring hangt zie je geen systematische korrelbeweging omlaag of omhoog. Het lijkt er meer op dat de korrels/druppels middenin de zeepbel verdampen dan dat ze condenseren bij een grensvlak zoals het bord. Misschien is de afgekoelde ademlucht in de zeepbel gemiddeld toch niet oververzadigd met waterdamp.
 
Het proefje heb ik overigens uitgevoerd bij kamertemperatuur, de lucht in de zeepbel koelde dus niet af tot winterse temperaturen, maar tot kamertemperatuur

[gast031]

Het temperatuurverschil is ook bij kamertemperatuur toch zo'n 17 graden (temperatuur uitgeademde lucht 37 graden), zoals jij het beschrijft lijkt mij dat de waterdruppels langzaam verdampen buiten dat er druppels beslaan op het bord en dat is goed mogelijk omdat een laser ook energie is en met die druppels botst en dit tot verdamping leidt, laser is immers elektromagnetische straling.
 
Dat uitgeademde lucht een hogere luchtvochtigheid heeft dan omgevingslucht dat weet ik zeker.
 
https://books.google.nl/books?id=pfAub87qRHQC&pg=PA632&lpg=PA632&dq=vochtgehalte+uitgeademde+lucht&source=bl&ots=6bSIXS73VV&sig=Z74I_FvdIwZsWqxPbK0rIS_hJ28&hl=nl&sa=X&ved=0ahUKEwiMpvX6jsXRAhVGfRoKHfbQDT44ChDoAQgfMAE#v=onepage&q=vochtgehalte%20uitgeademde%20lucht&f=false

[jkien]

Ik dacht aan een 'mixing cloud'. Die wordt gebruikt als verklaring van het ademwolkje, van condenssporen van vliegtuigen, en van de dampwolkjes boven een kop koffie of thee.(1,2) De 'mixing cloud'ontstaat uit de vermenging van twee luchtsoorten die elk apart onderverzadigd zijn met waterdamp, maar die gemengd oververzadigd zijn. Bij die voorbeelden lost de damp even later weer op.

[gast031]

Ook bij een mixing cloud is de temperatuur belangrijk en dus een voorwaarde. Als je een zeepbel blaast is er geen mixing cloud want wat is dan de tweede luchtsoort?
 
Ik lees in jouw verwijzing niet dat de luchtsoorten onderverzadigd zijn maar net niet verzadigd en dat is wel een verschil.
 
heb je dus een luchtsoort die net niet verzadigd is en koel je deze af dan raakt deze oververzadigd. Heb je twee luchtsoorten waarvan de ene koeler is dan de ander dan koelt de warmere af, er ontstaan waterdruppels en die lossen dan weer op in de koudere lucht. Bij een mixing cloud wordt ook een wolk bedoeld en daar is bij jouw experiment geen sprake van. Het is dus een verschijnsel dat je kunt zien in de vorm van een wolk.