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博文
奔跑的液滴 [编辑] [删除]
2016-10-18 14:24:05 | 分类: 科技趣生活

将一些五颜六色的食品色素液滴在光滑的玻璃片上,结果会怎样?


那就是:这些彩色的小液滴有些突然活蹦乱跑地聚拢到一起,有些则相互追逐打闹。


把同一种颜色的色素划定在不同轨道上,这些小液滴能够自动排成一行


能够彼此追着绕圈圈


它们甚至还能够从众多液滴中准确地找到自己的“同类”并融入其中


  这些液滴其实是由水和丙二醇两种成分组成的溶液,在上面的动图中,不同的颜色表示的其实是不同的丙二醇浓度。而让液滴们动起来的关键,则在于不平均的蒸发与表面张力。

  在洁净玻璃片这样的高能表面上,小液滴会形成一个“草帽形”的样子:上面依然可以看到水滴的模样,而贴着玻璃片的地方则铺展开了一层薄薄的液膜。

  在液体膜的作用下,液滴移动时受到的摩擦力变得极小,很容易就可以动起来。根据研究,不足百万分之一牛顿的力就可以驱使小液滴运动了。

蒸发和表面张力造就了小液滴独特的外形,而将小液滴们拉到一起的,在中间和边缘部分表面张力差异的作用下,它的内部就会发生流动,就像下面这样:

  单独的小液滴整体受力是均衡的,它不会整个动起来。但当两个液滴相处不远时,情况就不一样了。每一个液滴的身旁都围绕着蒸发出来的水蒸气,越靠近液滴,湿度也就越高,而在两个液滴中间的地方,蒸发的叠加使局部湿度变得更大,而较大的湿度又会反过来抑制水分的蒸发。

两个组成接近的液滴很容易融合到一起

而浓度差异较大的时候,小液滴却会产生“一个追,一个跑”的景象

两个浓度差别较大的小液滴相遇时,在它们接触的地方会首先发生小范围的成分交换,并在中间形成一个成分与张力均介于两液滴之间的区域。表面张力较低区域的液体向表面张力较高区域流动,结果,含水量小(张力小)的液滴倾向于靠近接触区,而含水量大(张力大)的液滴倾向于“逃离”接触区,就造成了“你追我赶”的景象。

在遇到自己的“同类”之前,小液滴会首先碰到比自己表面张力低的液体,并在表面张力梯度的作用下回缩弹开。最终,遇到与自己浓度相同的液体,并迅速地融合到其中。

  这种液滴奔跑的现象用专业术语来解释为一种马兰戈尼效应(由于二种表面张力不同的液体介面之间存在张力的梯度而使质量移动的现象),让我们一起来看看马兰戈尼效应的液滴实验吧。

(图片文字引自果壳网)
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