肥皂泡泡結凍 為何會出現雪花球?

前陣子在網路上有段影片非常吸引人,在嚴寒的戶外,吹出一個肥皂泡泡,接下來發生的事令人相當驚豔,肥皂泡表面,許多雪花狀冰晶均勻分散開來,就像是有人搖晃水晶雪花球,冰晶逐漸凝結生長,直到整個泡泡都被凍結。

▲肥皂泡泡結凍 為何會出現雪花球?(圖片取自/達志影像)

結凍過程太過夢幻,讓許多人好奇原理到底是什麼,一群來自美國維吉尼亞的科學家做出解釋,根據《zmescience》網站報導,他們在-20度的冷凍室中拍攝、並觀察附著在固體表面的肥皂泡如何凍結,重現「雪景球效應」的過程,一般情況水會從溫度最低的地方開始結冰,新形成的冰再凍結附近水分子,然而凍結肥皂泡泡,情況就完全不同。

一開始肥皂泡的凍結符合一般情況,但沒多久肥皂泡表面很快就遍布上百條「凍結鋒」,它隨機出現、會移動,導致「雪景球效應」的產生,這種夢幻的肥皂泡結晶現象,與流體力學中的馬倫哥尼效應(Marangoni flow)有關,指的是當流體需要從低表面張力流向高表面張力,或是高溫區流向低溫區時就會產生馬倫哥尼效應。

所以當肥皂泡凍結時,氣泡中仍是液體的部分開始移動,並在移動過程中「攪動」冰晶,每個冰晶都會讓局部凍結,進而加速肥皂泡凍結過程,就是影片中看到的絢麗畫面。除了肥皂泡,可以嘗試在下雪天,將脂肪含量高的牛奶和食用色素倒進容器,然後加一滴肥皂液或酒精,接下來就就會有更炫酷畫面的出現!

▲凍結肥皂泡(Freezing of a soap bubble)(影片源自Youtube)
文章來源:zmescience.com

(中時電子報)

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