肥皂泡泡在低溫時,會以一種奇特且美麗的方式凍結,彷彿一顆雪景球!
你看過結冰的肥皂泡嗎?YouTube上盛傳著一段影片,在冰天雪地的戶外吹出一個肥皂泡泡,泡泡表面開始結出許多雪花狀的冰晶,並漂散開來,像是被搖晃過的雪花水晶球,接著冰晶逐漸凝結擴大,直到整個泡泡都被凍結,過程美麗又奇幻,相當令人驚豔,這稱為「雪景球效應」。
其實這個冰凍泡泡的現象,早在1949年就已有一位名叫雪佛(Vincent Schaefer)的化學兼氣象學家觀察到了,但直到70年後的今日,才終於有一群物理學家破解了雪景球效應的祕密。
一般水滴結凍時,會從最低溫的地方開始冷凍,形成的冰再繼續凍結附近的水分子,但肥皂泡泡卻不是這樣。這群物理學家在攝氏零下20度的冷凍庫裡,利用高速攝影機拍攝固體表面上的肥皂泡泡如何結凍,試圖重現雪景球效應的過程。
物理學家解釋,肥皂泡泡中的冰晶流動跟「馬倫哥尼效應」有關。這個效應是指液體會從低表面張力處流往高表面張力處,或從高溫區流往低溫區。當許多小冰晶從低溫的泡泡底部生成時,水結冰會釋放出熱量,而使附近的水分子變溫暖,此時發生馬倫哥尼效應,形成一股暖流將冰晶往上帶,使數百個小冰晶以非常戲劇化的方式在泡泡的表面流動、旋轉,接著每個冰晶體積逐漸增大,直到冰晶彼此接觸,整個肥皂泡泡完全凍結為止。
這麼美麗的情景,我們可以在家中自己製作觀察嗎?答案是不行。因為家中環境溫度不夠低,即使將泡泡吹在大冰塊上,泡泡只會像一般水滴一樣,由下往上結凍,而上半部的泡泡則會塌陷,無法形成美麗的雪景球效應。
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