声致发光原理

声光效应实验原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠声光效应实验原理。

你说这声光效应啊，就像是一场奇妙的魔术表演！咱可以把光想象成一个调皮的小精灵，在介质里欢快地跑着。

而声波呢，就像是给这个小精灵设置了各种障碍和轨道。

当声波出现的时候，就好像给介质这个大舞台来了一场大改造。

原本光精灵走的路好好的，突然这路就变得弯弯曲曲啦！这光精灵没办法，只能顺着声波给它弄出来的新道路跑。

你想想看，这光精灵本来直直地往前冲，突然路变了，它的前进方向也就跟着变了呀！这可不就是声光效应嘛！比如说，我们拿一块特殊的晶体，就像给光精灵准备了一个特别的游乐场。

然后我们再用声波去干扰这个晶体，嘿，光精灵在里面的表现就完全不一样啦！它的传播方向、速度啥的都可能发生变化。

这就好像我们走路，本来走在平路上好好的，突然有人在地上挖了好多沟沟坎坎，那我们走的路线不就得跟着变嘛。

声光效应在生活中也有很多应用呢！比如说在一些测量仪器里，就靠着它来实现精确的测量。

这就好比我们有一把特别准的尺子，可以量出很细微的东西。

而且啊，这声光效应还能让我们看到一些平时看不到的奇妙现象。

就好像给我们打开了一扇通往神秘世界的小窗户，让我们能窥探到一些奇妙的景象。

咱再深入想想，这大自然可真是神奇啊！光是和声波这么一结合，就能产生这么有趣的现象。

这要是没有科学家们去研究、去发现，我们哪能知道这些好玩的事儿呢。

所以说啊，科学真的是太有意思啦！声光效应就是一个很好的例子。

它让我们看到了物质世界里那些隐藏起来的奇妙联系，让我们对这个世界有了更深的认识。

这声光效应实验原理，不就是大自然给我们出的一道有趣的谜题嘛！我们通过不断地探索、实验，一点点地解开这个谜题，找到背后的答案。

这过程多刺激，多好玩啊！大家可别小看了这些科学知识，它们可都是我们探索世界的重要工具呢！它们能让我们看到更多的精彩，能让我们的生活变得更加丰富多彩。

就像声光效应一样，看似简单，实则蕴含着无尽的奥秘等待我们去发现呢！原创不易，请尊重原创，谢谢!。

声致发光的数字模拟
谢志行;魏荣爵
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】1997(16)3
【摘要】声致发光的数字模拟谢志行魏荣爵（南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京·２１００９３）１引言早在本世纪３０年代，人们就发现水中的空气泡在声能量的驱动下，可发射出光来，这种现象被称之为声致发光（ｓｏｎｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）［１］。

该现象自发...
【总页数】3页(P147-149)
【关键词】声致发光;数字模拟;气泡;声场
【作者】谢志行;魏荣爵
【作者单位】南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O422.2
【相关文献】
1.乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光特性 [J], 何寿杰;哈静;张子生;赵增超;董丽芳;王龙;王志军
2.一种奇特的发光现象——声致发光 [J], 管象钧
3.声空化与声致发光 [J], 陈伟中
4.声致发光气泡中原子碰撞发光机制 [J], 安宇;谢崇国
5.乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光光谱 [J], 何寿杰;哈静;李庆;董丽芳;刘志强;王龙
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氯化钠水溶液中多泡声致发光光谱的实验研究1陈瞻，徐俊峰，黄威，陈伟中，缪国庆南京大学声学研究所, 近代声学教育部重点实验室(南京大学)，南京 (210093)E-mail：miaogq@摘要：实验研究了不同浓度、不同氪气含量氯化钠水溶液中的多泡声致发光光谱,对其连续谱背景上出现的310纳米处的氢氧根离子光谱和589纳米处的钠原子光谱进行重点观察与比较。

发现在相同实验条件下，钠原子光谱强度明显高于氢氧根离子光谱强度，且其对实验条件的改变更加敏感。

而氪气含量，氯化钠水溶液浓度及驱动声压也在一定范围内对光谱强度的变化有较明显的影响。

；；；；；关键词：声空化 声致发光 光谱 氯化钠水溶液浓度 氪气含量 驱动声压1．引言当液体中存在由超声波产生的声场,而这个声场的声压超过某一阈值时,液体中会产生大量的气泡,这种现象称之为声空化。

这些空化气泡将以与声场相同的频率进行非线性的膨胀与收缩。

当驱动超声波的声压进一步增大时,这些气泡将发生急剧的塌缩,在这一塌缩过程中气泡中将产生复杂的物理化学变化并发光。

这种现象称之为声致发光。

而这种由众多气泡产生的瞬态发光则称之为多泡声致发光(MBSL)。

二十世纪七十年代，F.R.Young等人[1]研究了溶有了包括五种惰性气体在内共十七种气体的水溶液的声致发光现象，此后惰性气体含量对于MBSL的影响成为声致发光领域的主流研究方向。

二十世纪九十年代初,Gaitan等人[2]首先利用除气的方法使得单个气泡能够稳定发光，称之为单泡声致发光(SBSL)。

此后各国科学家们基于这一实验技术进行了一系列实验,分别从使用的溶液的类型[3]，气泡动力学的理论及实验研究[4][5][6]，声致发光光谱的假设[7]等方面着手，发现了许多有趣和有价值的现象,使得声致发光逐渐成为了物理学和声学领域的热门课题之一。

近年来，Mutula等人[8]实验对比了MBSL与SBSL在相近的实验条件下的光谱，对MBSL与SBSL的发光机理进行了大胆的假设。

从声致发光看“常温核聚变”核聚变一定联系着高温等离子体吗？２００２年３月８日“科学”发表了声致发光的最新成果[1]。

它引发了一系列科学的争论。

因为在氘代丙酮中发现了氚和中子辐射。

在多数人心目中，氘的核聚变必然与高温等离子体相联系。

因此，总想找到一种模型来计算声致发光中产生高温的机理。

可是，认真的计算却得不到相应的高温，甚至越算越低。

从最初的100万度，变成了几万度，甚至不到1万度。

何况，这还是假定了完全球对称的压缩。

中国科学院声学研究所早在六十年代的实验[2]却显示，即使声波在水中形成了非球形的空泡，照样能看到声致发光，甚至比现在球对称的单泡声致发光还要亮。

人们不禁要问：难道声致发光真是由声波压缩所造成的高温而引起的吗？难道声致发光中的核产物必定是由高温等离子体所带来的吗？核聚变中核物理─选择性共振隧穿模型太阳上的核聚变和氢弹中的核聚变使人们产生了一个错觉：以为核聚变一定要在高温下进行，以为是高温等离子体中的动能克服了静电斥力的位能才导致两个带正电的原子核的融合（聚变）。

其实，氘－氚之间的静电（库仑）位垒高达200keV以上，而1亿度高温等离子体中的动能也不过是10keV。

真正造成聚变反应大量发生的原因是“共振”，而不是“高温”。

当氘－氚之间相对运动的动能接近於发生“共振”所必须的能量时，“共振”机制就会使聚变反应大量发生。

为什麽“共振”有这麽大的威力呢？其实，我们的收音机就正是靠“共振”的威力来接收微弱信号的。

当远地电台的电磁波与收音机中调谐回路发生共振时，电磁波的信号就会越振越强，就好像荡秋千的小孩会越荡越高一样。

只要小孩使劲得当，哪怕每次只使上一点儿劲，秋千就一定会越荡越高。

同样道理“共振”机制也会使聚变反应大量发生，这是因为“共振”机制会使氘核的波在氚核内越振越强，从而使氘－氚聚变反应大量发生。

哪怕静电（库仑）位垒挡住了大部分氘波，靠着“共振”机制，氘波还会越振越强。

这样一种“共振”机制已被多数科学家接受，并以为只要选对了能量，“共振”机制就会起作用。

惰性气体参数对声致发光的影响王德鑫;那仁满都拉【摘要】通过考虑Van der waals方程中不同气体的绝热指数和热扩散系数,计算了惰性气体参数对声致发光的影响.利用R-P方程,分别计算了He,Ar和Xe气泡在声致发光过程中的相对半径和最高温度.利用韧致辐射模型计算了相应惰性气体声致发光的光强.计算结果表明随着惰性气体分子量的增加,气泡内的最高温度和最大光强也随之增加.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(032)002【总页数】5页(P106-110)【关键词】惰性气体;声致发光;韧致辐射模型;气体状态方程【作者】王德鑫;那仁满都拉【作者单位】内蒙古民族大学物理与电子信息学院,内蒙古通辽028043;内蒙古民族大学物理与电子信息学院,内蒙古通辽028043【正文语种】中文【中图分类】O427.4液体在超声场的辐射下，由于负压的作用，液体所受到的拉力大于液体的表面张力，将液体“拉断”从而形成空穴.随着超声场的频率的变化，空穴扩大为气泡并伴随产生一系列的非线性震动.当气泡快速塌缩时，内部发生复杂的物理化学变化，并产生光辐射的现象就是声致发光〔1〕.从1990年Gaitan发现单泡声致发光的现象〔2〕以来，声致发光的研究就进入了一个新的时期.随后实验中发现在以氮气为声致发光的气体内混合1%的氩气，所产生的光强比纯氮气或氩气所产生的光强都要强〔3〕.而氩气的比例与氩气在空气中的比例是如此的一致（0.9%），将氩气换为氙气和氦气时所产生的结果也类似.基于这一实验现象，科学家们展开了对声致发光机制的探索.在研究声致发光的早期阶段，Putterman等人〔4〕认为黑体辐射是声致发光的主要的过程.但是Yasui〔5〕通过电子-原子韧致辐射和电子离子韧致辐射对声致发光气泡光强进行模拟，更准确的解释了声致发光实验中测得的数据.丁春峰〔6〕通过对不同惰性气体的声压阈值的实验研究，提出声致发光的机制可能是由一个分子辐射向韧致辐射变化的过程.安宇〔7〕对单原子和多原子的热力学性质进行了半定量的分析，通过考虑了热扩散、水蒸气扩散和化学反应改进了声致发光的均匀模型，并且在韧致辐射模型的基础上融合了电子对原子或分子的附着辐射〔8〕.虽然目前声致发光的机理还没有形成定论，但是Moss提出的的韧致辐射模型〔9〕被认为是声致发光的主要过程.本文通过考虑Van der waals方程中不同惰性气体的绝热指数和热扩散系数，并利用R-P方程和韧致辐射模型，将研究几种惰性气体参数对声致发光的影响.主要是比较由于He，Ar和Xe等惰性气体参数的不同而导致的气泡内温度和光强的变化.超声空化气泡壁的运动，可用经典的Rayleigh-Plesset方程来描述〔10〕式中 R、ρ和c分别是气泡壁的半径、液体的密度和溶液中的声速.Pg是气泡内的气体压强，Pa(t)=-Pasin(ω t)为驱动声压，P0为环境压强，σ、μ分别是液体的表面张力和液体剪切粘度.在声致发光模型中考虑惰性气体参数的影响，主要是从气泡内部的气体压强公式入手.目前主要有两种形式的van der waals方程，一种是式中a、b是van der waals常数，Rg是气体常数，T是声致发光气泡内的温度，v是气泡内部气体的摩尔体积为气泡内气体的总物质的量.这种van der waals方程的优势是可以通过对van der waals常数的计算，得到气泡内混合气体的压强.但是对于纯气体气泡由于考虑的因素较少，在声致发光的模拟计算中不常用到.另外一种是考虑了气体的van der waals硬核半径的方程，其具体形式为式中R0是气泡的初始半径，h是泡内气体的van der waals硬核半径，γ是泡内气体的多方指数.在大多数的数值模拟计算中，都将γ取为5/3（单原子气体的绝热指数Γ），也就是说当气泡壁运动的速率比通过气泡壁的热传导的时间尺度快，则塌缩几乎是绝热的.但是许多实验和理论分析〔7,10〕都表明，远离坍塌，由于热传导比气泡壁运动快，几乎没有热交换，所以可以将此时气泡的变化看成是等温的，此时γ=1.为了完整的将气泡内部气体的多方指数的这一性质表示出来，将.由瞬时Pelect数决定为气体的热扩散系数，包含气体的气体有效原子直径、气体温度和气体分子质量.此种van der waals方程可以分析气泡内不同气体的压强，计算简便，从理论上可以更好的解释气体压强变化的规律.其中κgas可表示为〔10〕其中ag、Rg、T和μg分别是气体有效原子直径、理想气体常数、气体温度和气体分子质量.G(g)是一个无量纲的密度函数，定义为其中（Na是阿伏伽德罗常数，vm是气体的摩尔分子体积）.考虑到气泡壁上气体热扩散所导致的气泡内部的温度降低，气泡内部温度的表达式修正为〔12〕其中Tliq是无穷远处的液体温度.方程（6）与方程（1）一起给出了气泡半径和气泡内温度的计算模型.韧致辐射理论认为当气泡塌缩时，气泡内部的高温高压将气体分子电离成等离子体，等离子体中的自由电子的动能是连续分布的.由于电子韧致辐射的波长取决于自由电子的动能，因此产生的光谱必为连续谱〔9〕.该理论可以很好的解释说明目前实验上测得的单泡声致发光的谱线.通过文献〔5〕可知，韧致辐射模型为式中re、rr分别是从气泡中发射光子的速率，辐射复合率.PBr,ion表示电子—离子韧致辐射，PBr,atm表示电子—原子韧致辐射，rrhνˉ表示电子离子的复合辐射(h νˉ=3 2KT).在韧致辐射模型中将发光过程看成是由以上三种不同的辐射构成，并且假设除气泡壁的热边界层外气泡内部的压力和温度都是均匀分布.电子—离子和电子—原子轫致辐射模型为式中q、N和T分别是气泡的电离度、原子数密度和内部温度.电离度q满足其中εgas为气体的电离电位是玻尔兹曼常数.数值计算时所取的气泡初始半径为R0=5μm，声场频率f=20KHz，驱动声压Pa=1.3P0，，初始条件取为 R=R0，=0，T=T0.本文主要考虑He、Ar和Xe等三种惰性气体，计算相关的参数如表1所示.使用龙格库塔法对非线性方程（1）进行计算，非线性方程的数值解法在很多领域都有应用〔14〕.图1（a）、（b）、（c）分别为He、Ar和Xe三种惰性气体气泡在五个周期内的相对半径曲线；图1（d）、（e）、（f）为相对应的温度曲线；图1（g）、（h）、（i）是相对应的光强曲线.从图1（a）、（b）、（c）中可以看出，不同惰性气体参数在声致发光过程中对气泡相对半径的影响没有明显的差异.从图1（e）中可以看出当声致发光气泡内的气体为Ar气时，气泡内部的温度在10000K以上.文献〔15〕中报道的声致发光气泡内的温度为4500K，这是由于文献〔15〕中考虑气泡内水蒸气的蒸发和冷凝因素所导致.另外，气泡在快速塌缩的过程中气泡内外的物质交换也会相应的降低泡内气体的温度.从图1（g）、（h）、（i）中可以看出，随着惰性气体的分子量的增加，声致发光过程中所发出的光强也随之增加，这同样验证了实验中所得到的结论〔15〕.表2为He，Ar和Xe气泡在声致发光过程中的相对半径、最高温度和最大光强.从表2可以看出当气泡内的气体为He气的时候五个周期内声致发光的最高温度为3.730×103K，当气体为Xe气时最高温度增长到了1.279×104K.增长了9.06×103K，在文献〔16〕中通过计算K-M方程所得到的对应惰性气体气泡内温度增长量为1.23×104K.相应的光强变化从6.223×10-11W/m2到2.701×10-3W/ m2，增长了108个单位.由文献〔7〕可知，在高温高压的环境下，单原子分子比双原子分子更容易被电离成等离子体，并且Xe气比He气的电离电位低、分子数密度大，这也可能是惰性气体产生如此高光强的一种原因.在文献〔16〕中计算的光强增加的量和本文的结果是一致的.惰性气体对声致发光的影响一直都是非常重要的研究课题.本文在R-P方程的基础上，考虑了Van der waals方程中不同惰性气体的绝热指数和热扩散系数对声致发光的影响.通过选用韧致辐射模型，计算了惰性气体在声致发光过程中的光强.计算结果可以看出随着气泡内部惰性气体分子量的增加，声致发光的温度和光强也随之增加.本文研究结果对声致发光机理的探究有一定的理论意义.〔1〕Suslick S K.The chemical effects of ultrasound〔J〕.Scientific American，1989,260（2）:80-86.〔2〕Gaitan D F,Crum L A，Church C C，et al.Sonoluminescence and bubble dynamics for a single stable cavitation bubble〔J〕.J Acoustics Soc Am，1992，91:3166-83.〔3〕B Barber，S Putterman.Observation of Synchronous Picosecond Sonoluminescence〔J〕.Nature，1991，352：318.〔4〕Hiller R,Putterman SJ,Barber BP.Spectrum of synchronous picosecond sonoluminescence〔J〕.Phys Rev Lett，1992，69: 1182-1184.〔5〕Yasui K.Mechanism of single-bubble sonoluminescence〔J〕.Phys Rev E，1999，60:1754-1758.〔6〕丁春峰，刑达.含有不同惰性气体的气泡的声致发光的声压阈值〔J〕.中国科学G辑：物理学力学天文学，2004，34（3）:257-264.〔7〕安宇，周铁英.声致发光气泡内的气体热力学性质〔J〕.声学学报，2000，25（2）:103-107.〔8〕李朝晖,安宇.声致发光的计算〔J〕.中国科学G辑：物理学力学天文学，2009，39（2）:167-174.〔9〕Moss WC,Clarke DB,Young,DA.Calculated pulse widths and spectra of a single sonoluminescing bubble〔J〕.Science.1997，276:1398-1401. 〔10〕Brenner M P,Hilgenfeldt S,Lohse D.Single-bubble sonoluminescence 〔J〕.Rev Mod Phys，2002，74（2）:425-477.〔11〕张翠英,陈巴特，等.对声致发光单气泡半径计算〔J〕.内蒙古民族大学学报：自然科学版，2011，26（1）:10-13.〔12〕Hilgenfeldt S,Grossmann S,Lohse D.Sonoluminescence Light Emission〔J〕.Phys Fluids，1999b，11:1318-1330.〔13〕William B M,Yuri T D,K S.Suslick.Sonoluminescence temperatures during multi-bubble cavitation〔J〕.Nature,1999,401（6755）:772-775. 〔14〕张盼盼,任正杰.一类非线性R-L分数阶积分微分方程的数值解法〔J〕.河北科技师范学院学报，2015，29（2）:47-51.〔15〕Yasui K.Bubble dynamics and sonoluminescence from helium or xenon in mercury and water〔J〕.Phys Rev E，2012，86: 036320.〔16〕Gheshlaghi M.Role of the gas solution on the parameters of single sonoluminescence〔J〕.Extensive Journal of Applied Sciences，2015，3（7）:257-264.。

声光控led灯电路原理
声光控LED灯电路的原理是结合声音感应和光线感应两种技术，以实现自动控制LED灯在特定环境条件下的开关功能。

以下是其基本工作原理：
1. 声音感应：电路中包含一个声音传感器（通常为麦克风或者压电陶瓷元件），当环境中的声响达到预设的触发阈值时，声音传感器会将声音信号转换成电信号。

2. 光线感应：电路内还设有光敏电阻或光敏二极管等光线感应元件，它们能够根据周围环境光线强度的变化而改变自身的阻值或电流输出。

白天或光线充足时，光敏元件阻值较低，导致电路处于非触发状态。

3. 延时控制：当夜晚来临或者环境光线低于预设阈值时，光敏元件使得电路进入待机状态。

此时，若有足够响度的声音出现，声音传感器检测到并转化为电信号，通过放大电路进行处理后，触发可控硅或继电器等开关元件导通，从而使LED灯点亮。

4. 延时关闭：LED灯亮起后，并不会立即熄灭，而是由电路内部的延时模块（如555定时器、单片机等）控制，在一段时间（如60秒）内如果没有新的声音触发信号，灯光就会自动熄灭，这样可以避
免因短暂噪声引发的频繁开关。