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物理機制解密肥皂泡如何凍結成漂亮冰晶球

來源:生活匯 時間:2019年06月25日

  肥皂泡如何凍結成漂亮冰晶球?
  “雪花玻璃球效應”物理機制解密

物理機制解密肥皂泡如何凍結成漂亮冰晶球

  冷庫內一塊冰上的泡泡結冰的過程。圖片來源:《自然》網站

  科技日報北京6月20日電 (記者張夢然)英國《自然·通訊》雜志19日發表的一篇物理學論文,揭示了肥皂泡是如何凍結成漂亮的冰晶球的,這一此前未曾揭示過的物理機制,告訴了人們“雪花玻璃球效應”(snow-globe effect)是如何產生的。

  肥皂泡在特定條件下凍結時,可以觀察到內部有大量不斷生長的冰晶在盤旋,讓人不jìn聯想到雪花玻璃球——即在空心的玻璃球或有底玻璃罩中固定住一些飾品以及“雪花”的擺設。然而在此之前,未有研究調查過這種現象背后的物理機制以及肥皂泡是如何凍結的。

  此次,美國弗吉尼亞理工學院研究人員喬納森·波利科及其同事研究了主導肥皂泡凍結的熱傳遞過程。他們在不同環境溫度下,將肥皂泡置于冰冷的表面,并記錄下了凍結過程。他們觀察到了兩種不同的凍結機制,具體視溫度而定。

  當周圍溫度與肥皂泡溫度一樣時,凍結從肥皂泡底部開始,并會產生“馬拉高尼流”(液體從表面張力低的地方流向表面張力高的地方),導致冰晶脫離凍結界面,并在肥皂泡周圍旋轉,就像雪花玻璃球里面的雪花一樣。之后,隨著冰晶不斷生長和并合,肥皂泡完全凍結。但是,當周圍溫度為室溫時,凍結界面會緩慢向上擴展,zuì終在肥皂泡中間位置停止——因為傳導不良。這樣半凍結的肥皂泡先會保持均衡狀態,直到zuì后液體圓頂坍塌。

  研究人員指出,這項發現有助于物理學家更好地理解熱傳遞現象。

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