|
由于表面張力的存在，泡泡表面任意位置的一小片液膜都會(huì)受到周圍的膜對(duì)它的拉力，導(dǎo)致泡泡有自發(fā)收縮的趨勢(shì)。因此，吹泡泡時(shí)需要用力才能吹大。這說明一個(gè)穩(wěn)定的泡泡內(nèi)部的壓強(qiáng)比外部壓強(qiáng)大，這個(gè)壓強(qiáng)差稱為附加壓強(qiáng)(ΔP)。附加壓強(qiáng)大小跟泡泡的表面張力(γ，也叫表面能)和液膜的主曲率半徑(曲率；怎樣準(zhǔn)確描述一條曲線？；曲率和撓率的一般參數(shù)表達(dá)式及空間曲線論的基本定理)有關(guān)，他們之間的關(guān)系可以用拉普拉斯公式描述，即  其中R 事實(shí)上，泡泡有內(nèi)外兩個(gè)表面，附加壓強(qiáng)是由兩個(gè)表面一起貢獻(xiàn)的，由于兩個(gè)表面的表面張力幾乎相等，因此它們各貢獻(xiàn)一半的附加壓強(qiáng)。對(duì)于球形氣泡，表面各處形狀一樣，兩個(gè)主曲率半徑處處相等，就等于泡泡的半徑R，因此  即附加壓強(qiáng)跟氣泡半徑成反比。對(duì)于肉眼可見的氣泡，附加壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于大氣壓，但是當(dāng)氣泡半徑小到微米甚至納米的尺度時(shí)，附加壓強(qiáng)跟大氣壓相比則非常可觀。 附加壓強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致一些有意思的物理現(xiàn)象，比如過熱液體的形成。我們知道，液體的飽和蒸氣壓隨溫度的升高而升高，當(dāng)液體被加熱到其飽和蒸氣壓等于大氣壓時(shí)，就會(huì)沸騰，即劇烈地氣化。沸騰時(shí)，隨著物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，液體中的氣泡會(huì)逐漸增大最后浮出頁面。若液體特別干凈，內(nèi)部幾乎沒有微小氣泡或雜質(zhì)，當(dāng)加熱到沸點(diǎn)時(shí)，要想沸騰必須先產(chǎn)生氣泡。但理論上剛產(chǎn)生的氣泡非常微小，附加壓強(qiáng)很大，根據(jù)拉普拉斯公式飽和蒸氣壓要遠(yuǎn)大于外部大氣壓才能維持氣泡穩(wěn)定存在以及長(zhǎng)大。因此實(shí)際上氣泡難以生成，從而導(dǎo)致溫度達(dá)到甚至超過沸點(diǎn)也不會(huì)沸騰，這時(shí)的液體就是過熱液體。 若向過熱液體中加入少量多孔物質(zhì)(內(nèi)部微孔里面有空氣)，比如沸石或者干的泥沙，液體就會(huì)立刻劇烈沸騰，這叫作暴沸。即使沒有加入任何物質(zhì)，過熱液體也不穩(wěn)定，可能由于內(nèi)部漲落而形成微小氣泡并長(zhǎng)大從而導(dǎo)致暴沸。暴沸是非常危險(xiǎn)的，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)或工業(yè)容器的爆炸或人被燙傷，通常可以預(yù)先加入沸石等物質(zhì)來防止。 |
|
|
