Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1997
Programm und Abstracts der Sitzung DY 7

Michael Brenner¹, Sascha Hilgenfeldt² und •Detlef Lohse^3
1Depart. of Mathematics, MIT, Cambridge, MA 02139, USA
²Fachbereich Physik, Universität Marburg, Renthof 6, 35032 Marburg
³Fachbereich Physik, Universität Marburg, Renthof 6, 35032 Marburg

Schallgetriebene Gasblasen in Wasser können Lichtpulse aussenden. Dieses Phänomen heißt Sonolumineszenz (SL). Die Energiedichte wird bei den stark nichtlinearen Schwankungen der Blasengröße um 12 Größenordnungen und mehr verstärkt! Zwei unterschiedliche Phasen von SL wurden beobachtet: diffusiv stabile und diffusiv instabile SL. Wir berechnen Phasendiagramme im Gleichgewichtsradius vs Antriebsdruck-Parameterraum und im Antriebsdruck vs Gaskonzentrations-Parameterraum. Den Phasendiagrammen liegt eine Analyse des Mechanismus der Energiefokussierung zugrunde sowie Untersuchungen zur (i) Formstabilität der Blase, (ii) zu ihrer diffusiven Stabilität und (iii) zur chemischen Stabilität. Die von uns vorausgesagten Phasendiagramme [1] wurden inzwischen von Holt und Gaitan [2] nachgemessen und die vorgeschlagenen Mechanismen experimentell bestätigt.

[1] S. Hilgenfeldt, D. Lohse und M. Brenner, Phys. Fluids 8, 2808-2826 (1996); M. Brenner, D. Lohse, und T. Dupont, Phys. Rev. Lett. 75, 954-957 (1995); D. Lohse et al., ``Sonoluminescing air bubbles rectify argon'', Preprint (1996)

[2] G. Holt und F. Gaitan, Phys. Rev. Lett. 77, 3791 (1996)

•R. Pecha, J. Schneider, B. Gompf und W. Eisenmenger
1. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, D-70550 Stuttgart

Eine Gasblase, eingefangen im Druckbauch eines in Resonanz schwingenden, wassergefüllten Glaskolbens, kann in der Kollapsphase sehr kurze, intensive Lichtpulse aussenden. Die gleichzeitig emittierte Schockwelle wurde mit dem Glasfaser-Sondenhydrophon [1] mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung gemessen. Die Intensität der Schockwelle steigt mit zunehmendem Antriebsdruck, ist aber im Gegensatz zum emittierten Licht von der Wassertemperatur unabhängig. Die beim Kollaps in Form der Schockwelle abgestrahlte Energie beträgt dabei unter 10 % der Anfangsenergie der Blase. Die Ergebnisse werden mit früheren Messungen an transienten Kavitationsblasen verglichen.

[1] J. Staudenraus, W. Eisenmenger, Ultrasonics 31 (1993) 267

•R. Günther
Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut, Eberhardtstr. 29,D-72762 Reutlingen

Beim Phänomen der Einzelblasen-Sonolumineszenz tritt während des Kollaps einer gasgefüllten Blase eine extreme Fokussierung der Energie des treibenden Ultraschallfeldes auf. Die für die Dynamik relevanten Zeitskalen reichen dabei vom Mikro- bis Picosekundenbereich [1]. Die beim Kollaps abgestrahlte Schockwelle und die dissipierte Energie wurden auf der Basis der kompressiblen Näherung für die umgebende Flüssigkeit berechnet [2]. Es zeigt sich, daß die Schockwelle zwei Komponenten enthält, die verschiedenen Phasen des Kollaps entsprechen. Ein Vergleich mit experimentellen Ergebnissen, unter Berücksichtigung der Dämpfung der Schockwelle zeigt, daß wahrscheinlich nur ein kleiner Teil der abgestrahlten Energie beobachtet wird.

[1] R. Löfstedt, B.P. Barber, S. Putterman, Phys. Fluids A 5 (11), 2911 (1993)

[2] A. Prosperetti, A. Lezzi, J. Fluid Mech. 168, 457 (1986)

•Th. Thurn-Albrecht¹, W. Steffen¹, A. Patkowski¹, G. Meier¹, E.-W. Fischer¹, G. Grübel² und D.L. Abernathy^2
2European Synchrotron Radiation Facility, B. P. 220, 38043 Grenoble, France
¹Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Ackermannweg 10, 55128 Mainz

Röntgen-Photonenkorrelationsspektroskopie (XPCS) eröffnet die Möglichkeit, mit Hilfe von Streuexperimenten in einem Streuvektorbereich, der über den Meßbereich des üblichen Lichtstreuexperimentes hinausgeht, langsame Dynamik zu untersuchen. Zudem können auch optisch opake Materialien untersucht werden.

Am Beispiel der Messung der diffusiven Dynamik einer kolloidalen Palladium-Lösung stellen wir die neue Methode vor. In diesem Fall konnten Messungen in einem q-Bereich von 1.5·10^-3 Å bis 6·10^-3 Å durchgeführt werden. Die gemessenen Korrelationsfunktionen überstreichen einem Zeitbereich von 10^-4 bis 100 Sekunden. Korrekte Temperatur- und Streuvektorabhängigkeit der Relaxationsraten für einen Diffusionsprozeß demonstrieren die Machbarkeit und Verläßlichkeit der Methode. Möglichkeiten und Grenzen der neuen Technik werden diskutiert.

•Alexander J. Wagner und J.M Yeomans
Theoretical Physics, University of Oxford, 1 Keble rd., GB.

We use a lattice-Boltzmann simulation to examine the effects of shear flow on a equilibrium droplet in a phase separated binary mixture. We find that large drops break up as the shear is increased but small drops dissolve. We also show how the tip-streaming, observed for deformed drops, leads to a state of dynamic equilibrium.

•Siegfried Hess, Martin Kröger und William G. Hoover
Institut für Theoretische Physik, TU Berlin, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin

The shear modulus tensor, whose components are Voigt elastic moduli, is expressed as an N-particle average. The Born-Green and fluctuation contributions are identified and, where possible, also expressed in terms of integrals over the pair-correlation function. Symmetry considerations are invoked for systems of spherical particles in both isotropic and cubic states. Results from molecular dynamics simulations are presented for particles with purely repulsive Lennard-Jones interaction. Shear and bulk moduli are displayed graphically as functions of the density for fluid and cubic crystalline states. The shear modulus proves to be a good indicator for the fluid-solid phase transition.

•Stanislav Iatsevitch und Frank Forstmann
Institut für Theoretische Physik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin

Mit Methoden der Statistischen Mechanik werden die Dichteverteilungen an den Flüssig-Gas- und Flüssig-Flüssig-Grenzflächen untersucht. Wir benutzen die Integralgleichungsmethode, um aus der Kenntnis der Teilchenwechselwirkungen in polaren und nichtpolaren Modellflüssigkeiten (Lennard-Jones-, Stockmayer-Fluid und deren Mischungen) die Grenzflächeneigenschaften wie Dichteverteilung der Komponenten, Orientierung der Dipole, Grenzflächenspannung und Grenzschichtbreite zu berechnen. Für die Berechnung der Dichteverteilung wird die Lovett-Mou-Buff-Wertheim-Gleichung verwendet, die die Kenntnis der direkten Korrelationsfunktion als Funktional vom gesamten Dichteverlauf verlangt. Durch die Interpolation zwischen den Bulk-Phasen werden die inhomogenen Korrelationen in der Grenzschicht genähert. Um die Korrelationsfunktionen in den homogenen Phasen zu erhalten, wird das Integralgleichungssystem aus Ornstein-Zernike-Gleichung mit einer Reference-HNC-Abschlußbedingung gelöst.

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Zuletzt geändert am 21.08.1998

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