[學(xué)習(xí)]肥皂泡破裂時能量的去向

1、關(guān)于肥皂泡破裂能量損失 去向的猜想,0710256 王文化,背景介紹：,表面能： 物質(zhì)的表面具有表面張力σ，在恒溫恒 壓下可逆地增大表面積ds，需要做功σ*da，所需的功等于物質(zhì)自由能的增加，稱之為表面自由能或表面能。單位面積的表面能的數(shù)值和表面張力相同，但兩者物理意義不同。 例：東西放的時間長了，會發(fā)現(xiàn)有灰塵附著，因?yàn)榛覊m的附著降低了物體的表面積，從而也降低了物體的表面能。物質(zhì)的能

2、量都有自動趨向降低，保持穩(wěn)定的特點(diǎn)。,簡單分析:,每一個肥皂泡只是一個薄薄的水殼，里面是空氣，同它所含的水量相比，這是一個相當(dāng)大的表面（實(shí)際是兩個表面：一個內(nèi)表面，一個外表面）。水—空界面的表面積為：∑=8πＲ*Ｒ，而肥皂水的體積只有：Ω=4πＲ*Ｒ*e.式中e和Ｒ分別表示氣泡的厚度和半徑。,,氣泡通常為厘米級大小，而其彩虹般的外表說明肥皂泡的厚度只為可見光波長級。事實(shí)上，e的典型值為一微米。一個肥皂泡的表面積對體積的比值σ稱為比

3、面系數(shù)，可寫成：σ=Σ/Ω=2/e約為10^16每米，這個值相當(dāng)大。為了說明這一點(diǎn)，我們把它同具有同樣半徑的球形液滴相比較：σ=3/Ｒ。兩比面系數(shù)比值為：＆=2Ｒ/3e，數(shù)量級為10，000。,,內(nèi)空氣泡的比面系數(shù)同全滿液滴的表面系數(shù)相比大了4個數(shù)量級。這說明氣泡是個表面問題，實(shí)質(zhì)是個表面能問題。如果氣泡破裂縮成一個液滴，由體積守恒給出：半徑r=（Ｒ/e）^2/3。表面能之比為：ER/Er=（8πＲ*Ｒ）/（4πr*r）

4、≈（Ｒ/e）^2/3。這個比值的數(shù)量級為10^6。我們可以近似地認(rèn)為，肥皂泡破裂時相當(dāng)于膜將表面能全部轉(zhuǎn)化為（環(huán)狀隆起的）動能。8πＲ*Ｒ*γ=M*v*v/2。解得：v=（2γ/ρ*e）?1/2。對于e=1μm有v=10m/s，速度相當(dāng)大。,大膽猜想:,肥皂泡破裂時表面能的絕大部分轉(zhuǎn)化為動能，使得水滴獲得很大的速度。由于每個肥皂泡的表面積相對與它的質(zhì)量非常大，即：肥皂泡中水分子是相當(dāng)分散的均勻分布于整個環(huán)狀結(jié)構(gòu)上。由于受到重力

5、，大氣壓力和水分蒸發(fā)的緣故，肥皂泡會破裂，當(dāng)肥皂泡破裂時，分布于整個環(huán)狀結(jié)構(gòu)上的水分子最終會聚成水滴。當(dāng)水滴中分子間距比肥皂泡中分子間距大很多時，聚集時克服的分子間作用力所做的功就不能忽略了。而所需要的這部分力很可能就來自于表面能。另外，由于水的比熱很大，水蒸發(fā)時還會帶走相當(dāng)一部分熱量，我們猜想這部分能量也來自于表面能。,,雖然至今還沒有具體的實(shí)驗(yàn)證明這一猜想，但是我希望能為這一問題的解決作出努力.在我們生活的地球上，70%的地方被