Sonoluminescência – O poder do sol em uma garrafa?

Por , em 21.10.2013

 

 

Sonoluminescência – O poder do sol em uma garrafa?

Tecnicamente podemos conceituar a sonoluminescência como uma técnica capaz de transformar energia sonora em energia luminosa.

É produzido pela ação do ultrassom sobre uma bolha de ar microscópica (na ordem de 0,0005 milímetros) suspensa no interior de algum líquido não metálico, como a água, por exemplo, e a consequente produção de flashes luminosos de elevada frequência.

Para produzir sonoluminescência coerente, essa bolha de ar deve estar suspensa na água e ser bombardeada por ondas acústicas de elevada frequência.

Um dispositivo utilizado para produzir o fenômeno consiste basicamente de um recipiente de vidro (geralmente esférico) contendo água pura, acoplado a um circuito gerador de ultrassom capaz de produzir uma onda mecânica com frequências superiores a 20.000 Hz, ou seja, acima da faixa audível pelo ser humano.

Em virtude de uma variação controlada dessa frequência nas vibrações acústicas, a bolha de ar sofre um aumento drástico em seu volume (cerca de 1000 vezes seu valor inicial) seguido de uma redução na mesma ordem de grandeza, o que se interpreta como sendo uma implosão.

Como consequência desse ciclo expansão-contração instantânea observa-se uma elevação da temperatura nesse microponto na ordem de dezenas de milhares de graus Celsius (oC), lembrando as temperaturas da coroa solar.

[para ver um vídeo do fenômeno clique aqui]

Alguns autores afirmam a possibilidade de se chegar à ordem de milhões de graus Celsius (oC), rivalizando com as temperaturas do núcleo solar, mas tal efeito ainda não foi comprovado.

Sua interpretação tem sido polêmica e existem várias teorias que tentam explicar o fenômeno.

Aí vão alguns exemplos:

1) Universidade da Califórnia (USA)

Quando a bolha colapsa, ondas de choque esféricas são criadas. A temperatura, na ordem de milhões de graus Celsius (º C) e  a pressão resultante, maiores que milhares de vezes a pressão atmosférica, fazem com que com o gás no interior da bolha se transforme em um plasma, que emite luz.

2. Universidade do Texas  e Naval Postgraduate School (USA)

As ondas de choque, formadas com o colapso da bolha, induzem colisões entre as moléculas neutras do gás contido em seu interior, produzindo luz e atingindo temperaturas entre 10.000º C e 20.000ºC.

3. Instituto Meurice (Bélgica)

Ao invés de ondas de choque, as oscilações da bolha injetam pequenos jatos de líquidos eletricamente carregados em seu interior, produzindo luz.

4. Universidade do Mississipi (USA)

A alta pressão dentro da bolha faz com que a água ao seu redor congele, e a luz é produzida quando o gelo se quebra.

5. Universidade de Illinois (USA)

A teoria quântica de campos prevê (efeito Unruh) a conversão de “fótons virtuais, no vácuo, em fótons reais (que apresentam uma distribuição de energias de um corpo negro) quando um espelho é acelerado no vácuo”. A diferença no índice de refração entre a água e a superfície da bolha age como um espelho, convertendo fótons virtuais em fótons reais, quando se move devido à contração e expansão da bolha.

[Tudo isso, além de se apontar para a descoberta de um novo estado físico da matéria.]

Enquanto a polêmica continua, tal evento pode ser observado na natureza no comportamento de caça bem peculiar do camarão-de-estalo; uma espécie barulhenta dos camarões marinhos (família Alpheidae) que recebe tal nome por produzir um pico sonoro (estalo) muito forte.

Descobriu-se que esse crustáceo além da produção desse som característico, produz também ondas de choque de altíssima frequência, capaz de gerar sonoluminescência e obviamente paralisar (e, em alguns casos, até matar) suas presas.

Camarão-de-estalo

Camarão-de-estalo

O fenômeno da sonoluminescência é conhecido desde a década de 30, porém foi só no final da década de 1980 que deixou de ser uma simples curiosidade de laboratório, quando o cientista Felipe Gaitan, da Universidade do Mississipi, conseguiu isolar uma única bolha de ar e exibir regularidade na emissão luminosa, além de produzir temperaturas semelhantes as da coroa e da superfície solar.

Muitos cientistas começaram a ver na sonoluminescência  um caminho para a produção de fusão nuclear a frio. Recordando que fusão nuclear é o mesmo processo físico que ocorre nas estrelas e nas bombas de hidrogênio, no qual dois núcleos atômicos  de hidrogênio se juntam para formar um núcleo de hélio, liberando nesse processo uma grande quantidade de energia.

Coroa e superfície solar  (TRACE)

Coroa e superfície solar (cromosfera) (TRACE-NASA)

Também se aventa a possibilidade de usar a sonoluminescência como técnicas de purificação da água e como sistemas de propulsão para embarcações, no entanto, a ideia de, por meio desse fenômeno, se retirar o poder da energia solar de dentro de uma garrafa de água continua alimentando o sonho de alguns cientistas, enquanto que a tentativa de explica-lo de forma conclusiva tem tirado o sono de muitos outros.

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[Imagens e vídeo: wiki Commons]

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1 comentário

  • acvomotta:

    Sendo assim, geradas temperaturas extremamente altas, não poderíamos imaginar o uso em usina térmicas?

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