有圖有真相!肥皂泡凍成冰晶球,就這么漂亮

2019-06-20 13:55:50 來源: 科技日報-中國科技網 作者: 張夢然

科技日報記者張夢然

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了漂亮的冰晶球,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,讓人不禁聯想到雪花玻璃球——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。

冷庫內一塊冰上的泡泡結冰的過程 

冷庫內一塊冰上正在結冰的泡泡

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,最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,直到最后液體圓頂坍塌。

研究人員指出,這項發現還有助于物理學家們更好地理解熱傳遞現象。

(本文視頻和圖片均轉載自英國《自然》雜志)

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責任編輯: 房琳琳
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