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物理机制解密肥皂泡如何冻结成漂亮冰晶球(图)

2019-06-21 06:28:53 科技日报

  冷库内一块冰上的泡泡结冰的过程。图片来源:《自然》网站

  科技日报北京6月20日电 (记者张梦然)英国《自然·通讯》杂志19日发表的一篇物理学论文,揭示了肥皂泡是如何冻结成漂亮的冰晶球的,这一此前未曾揭示过的物理机制,告诉了人们“雪花玻璃球效应”(snow-globe effect)是如何产生的。

  肥皂泡在特定条件下冻结时,可以观察到内部有大量不断生长的冰晶在盘旋,让人不禁联想到雪花玻璃球——即在空心的玻璃球或有底玻璃罩中固定住一些饰品以及“雪花”的摆设。然而在此之前,未有研究调查过这种现象背后的物理机制以及肥皂泡是如何冻结的。

  此次,美国弗吉尼亚理工学院研究人员乔纳森·波利科及其同事研究了主导肥皂泡冻结的热传递过程。他们在不同环境温度下,将肥皂泡置于冰冷的表面,并记录下了冻结过程。他们观察到了两种不同的冻结机制,具体视温度而定。

  当周围温度与肥皂泡温度一样时,冻结从肥皂泡底部开始,并会产生“马拉高尼流”(液体从表面张力低的地方流向表面张力高的地方),导致冰晶脱离冻结界面,并在肥皂泡周围旋转,就像雪花玻璃球里面的雪花一样。之后,随着冰晶不断生长和并合,肥皂泡完全冻结。但是,当周围温度为室温时,冻结界面会缓慢向上扩展,最终在肥皂泡中间位置停止——因为传导不良。这样半冻结的肥皂泡先会保持均衡状态,直到最后液体圆顶坍塌。

  研究人员指出,这项发现有助于物理学家更好地理解热传递现象。

编辑:肖天

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