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14 泡泡是如何形成的,又是怎么破碎的?
泡泡有很多种,我们以最常见的肥皂泡为例来说明这个问题。
形成泡泡的原理比较简单。液体内部分子之间存在着力,而在气液界面,这种力表现为引力,即“表面张力”。表面张力与分界线长度成正比,因此表面能就与面积成正比。我们知道系统的能量总是趋于最小值,所以失重条件下的水珠总是成球形(一定体积下球形表面积最小)。气泡的形状也是如此形成的。
下面看一下气泡形成的过程。我们以吹泡泡为例。当我们把空气吹进水膜中时,水膜鼓起,到一定体积(通常超过半球)时,开口会在表面张力作用下合拢,形成气泡。
那气泡又是怎么破裂的呢?如果单纯靠表面张力就能维持气泡的话,纯水也就能形成稳定存在的气泡了。但实际上纯水气泡很难维持,原因是气泡是否破裂是张力与水膜厚度涨落的博弈。张力太大,出现轻微的厚度涨落,受力会不均衡,水膜就会破掉。纯水很难形成稳定气泡就是这个原因。肥皂水中的肥皂就起到了减小表面张力的作用,这时水膜即使存在轻微厚度涨落,也不会使水泡破裂。当然存在了一定时间的肥皂泡,由于挥发,也会出现较大厚度涨落,泡泡就会破掉。
泡泡的问题看似很小,其实里面的学问比较大。在工程技术方面,人们经常遇到起泡不利或者起泡有利的问题,这都需要使用添加剂来改变液体表面张力,以达到想要的目的。
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