肥皂泡的意外发现

互推小编 2023-12-13

我们小时候应该都吹过泡泡，看着飞上天的肥皂泡在阳光的照耀下泛出各种各样的颜色。在日常生活里，泡沫也出现在各种各样的环境中，从啤酒杯、洗衣机和洗碗机，到波浪的波峰。它们甚至存在于相当微小的环境中，比如我们牙齿之间的缝隙里。

在科学界，泡沫也算不上新鲜的研究对象，科学家已经对它们进行了大量研究，其中很大一部分研究集中在工业过程中的泡沫控制。但显然，还有更多的东西有待了解，比如，为什么一些泡沫会比其他的更不容易破。

近日，研究人员意外发现了一些关于泡沫的意想不到的特点。一组法国研究团队发现，构成普通肥皂泡的薄膜比周围的空气要冷一些，薄膜的温度也会随着泡沫的存在而发生变化。他们发表在《物理评论快报》上的论文详细描述了他们用肥皂泡进行的实验。

意外的发现

与科学中的许多发现一样，研究人员在一开始并没有真的打算探索泡沫温差的方面，他们原本正在研究泡沫的稳定性。在这项研究中，他们使用了普通的洗碗机肥皂、水和甘油制造出了泡沫。在本质上，这些泡沫实际上是肥皂泡的薄膜。

就像在炎热的日子，人体会通过出汗向环境中释放能量从而降温一样，肥皂泡或者说肥皂膜也会通过蒸发损失液体而释放能量。蒸发会影响薄膜的厚度，从而对稳定性产生影响。

其实，此前就有研究人员追踪过不同条件下肥皂膜液体的蒸发情况，但这些实验通常假设肥皂膜的温度与环境温度一致。而在新研究中，团队在实验里碰巧会用到一种能测量泡沫薄膜温度的设备。这让他们惊讶地发现，所有泡沫的温度都比环境空气要低一些。

悬挂在由热电偶探头构成的框架上的肥皂膜。照片中的肥皂膜半径（R）是6毫米。（图／F. Boulogne et al., Physical Review Letters）

在注意到这种普遍的温度差异后，团队重新集中精力希望挖掘更多温度相关的信息。

他们尝试改变空气温度、湿度水平以及用于制造泡沫的成分比例，来微调泡沫的蒸发率和存在时间。结果发现，在一些条件下，他们能制造出和周围空气温度相差达8℃的肥皂膜。

实验表明，相对湿度会影响降温的水平。此外，改变甘油的量，也就是初始甘油浓度，也会影响产生的泡沫薄膜的温度，简单来说，降低相对湿度和甘油量，都会使冷却效应更显著。

泡沫稳定性的影响

他们还注意到，随着泡沫的持续存在，它们的薄膜也会慢慢回温，最终达到环境空气温度的水平。

研究人员认为，薄膜这种温度更低的现象可能是泡沫形成时蒸发的结果。这种在泡沫中发现的明显温差，可能对泡沫的稳定性产生影响。他们还提到了两个可能影响温差的潜在因素，包括肥皂膜的黏度和表面张力。事实上，或许在肥皂泡的周围，温度场并不是均一的。

这仅仅是这类研究的开端。他们相信，还需要更多研究来找出薄膜降温的原因，以及它是否可能是一种具有某种应用上的意义的特殊属性。但至少它提示了人们，在未来研究肥皂膜的动力学时，这种温度差异不应该被忽略。

参考来源：

https://phys.org/news/2022-12-soap-cooler-air.html

https://physics.aps.org/articles/v15/s173

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.268001

https://www.sciencealert.com/something-strange-happens-to-the-temperature-around-freshly-formed-bubbles

首图：F. Boulogne /et al/., Physical Review Letters

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