“雪花玻璃球效应”物理机制解密
2019-06-21
科技日报 张梦然
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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。
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。
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责任编辑：侯茜
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