Для объяснения механизма сонолюминесценции (СЛ) и инициирования звукохимических реакций обычно используют тепловые и электрические теории. Из-за неудовлетворительности тепловой теории и ее модификаций, а также ранних электрических теорий, электрическая теория локальной электризации кавитационных пузырьков важна для понимания механизма этих процессов.

Электрические эффекты в кавитационных полях возникают благодаря образованию двойного электрического слоя на поверхности кавитационных пузырьков. Введем координату x от поверхности жидкости до рассматриваемой точки внутри нее. По схеме Штерна-Гельмгольца, этот слой состоит из плотной части толщины d₀ (потенциал j изменяется линейно от термодинамического y ₀ на поверхности до некоторого j _d), и диффузной (экспоненциальное изменение j ). При x > x_c (x_c граница скольжения, j (x_c) равен электрокинетическому z -потенциалу) акустические потоки смывают часть диффузного слоя, который уравновешивает заряд плотного слоя. При этом образуется нескомпенсированный заряд с поверхностной плотностью

где e - диэлектрическая проницаемость среды, e ₀ – диэлектрическая постоянная. Для воды d₀ » 1 нм, d₀ << x_с < 100 нм и z » 0.05 В. При радиусе кривизны поверхности пузырька >> x_c, а также при умеренной скорости движения стенки пузырька, s _el не зависит от кривизны и от этой скорости. При изучении электрических явлений на поверхности пузырьков, рассматриваются не сферические пузырьки (в них электрическая напряженность равна нулю), а деформированные. Деформации часто встречаются не только при ультразвуковой или гидродинамической кавитации, но и под действием лазера, взрыва вольфрамовой нити и т.д. В акустических полях деформации кавитационных пузырьков развиваются даже при очень малых звуковых давлениях (~ 10^-2 атм).

Первоначально исследовалось электрическое поле на поверхности пузырьков при их расщеплении. Было показано, что в момент расщепления плотность нескомпенсированного заряда в точке разрыва, отнесенная к сечению шейки, может достигать s _el ~ 10^-2 Кл.м^-2, что соответствует напряженности электрического поля E_max ~ 10⁹ В.м^-1 , и электрический пробой в пузырьке возникает даже при давлении газа ~ 100 атм. Характерное время стока зарядов за счет электропроводности ~3.10^-7 с значительно меньше f^--1 ~ 5.10^-5 c, но намного больше времени отрыва осколочного пузырька и времени развития электрического пробоя (~ 10^-11 с).

На следующем этапе мы рассмотрели электрическое поле на поверхности пузырька при его деформации без расщепления. Мы показали, что для решения в общем виде задачи об электризации поверхности кавитационных пузырьков при их пульсации и деформации необходимо рассмотреть два типа деформаций: радиальные и кольцевые. В работе [6] рассматривалось электрическое поле внутри шейки между основной и осколочной частью кавитационного пузырька, или, в предельном случае, при возникновении кольцевых кумулятивных струй. Мы аппроксимировали эту шейку однополостным гиперболоидом вращения вокруг оси симметрии. Показано, что в этом случае также возникает высокая электрическая напряженность, и при некоторых условиях (особенно, при кольцевых кумулятивных струях) может возникнуть разряд. Однако эта напряженность оказалась намного меньше, чем при расщеплении пузырька. При деформации пузырька, возникающей под действием радиальных сил (например, радиальные струи), она может быть аппроксимирована параболоидом вращения с длиной H и радиусом основания r_p. При образовании такой деформации максимальная напряженность E_max соответствует точке наибольшей кривизны – на конце параболоида. При H/r_p > 2, E_max с большой точностью равно сумме (E_p + E_s) напряженностей от параболической и сферической части пузырька:

где интеграл I – функция от b , причем b º H/r_p, при b < 2, I » b /2, если b > 5, I » 1,1; коэффициент n (H/r_p) показывает увеличение напряженности по отношению к случаю плоской поверхности (n ³ 1). Например, при e = 81, y _d = 0,08 В, z = 0,055 В, x_s = 10^-7 м и b > 5 получим: E_max » 1,5.10⁷ В.м^-1, E_max > E_cr1atm = 3.10⁶ В.м^-1. Пробой в деформированном пузырьке может произойти, если H > 5l (l – длина свободного пробега электрона). Для нормальных условий в воздухе (t = 20 ⁰C, p = 10⁵ Па): 5l = 4.10^-7 м << H. Таким образом, пробой в таком деформированном пузырьке может возникать при давлении газа 1 атм, не говоря уже о меньших давлениях.