Sæbebobler og snekugleeffekten: Et indblik i et overset fysisk fænomen
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Sæbebobler og snekugleeffekten: Et indblik i et overset fysisk fænomen

Her ses, hvordan en sæbeboble placeret på en isblok i en fryser gradvist fryser til is. Illustration: Farzad Ahmadi and Christian Kingett

Se denne korte video fremstillet af forskere på Virginia Tech i USA af en sæbeboble, der fryser til is.

Den måde iskrystallerne i begyndelsen snurrer rundt på en visuelt effektfuld måde er helt forskellig fra den måde, en vanddråbe eller en lille vandpyt fryser, hvor en frysefront gradvist flytter sig.

Men sæbeboblerne frysen kan som videoen- under visse betingelser - minde om en snekugle, skriver forskere fra Jonathan Boreykos forskergruppe i en ny artikel i Nature Communications.

Fysikken bag frysning af sæbebobler har aldrig tidligere været studeret i detaljer, men den nye artikel viser, at det har en forbindelse til den såkaldte Marangonieffekt, der beskriver masseoverførsel forårsaget af forskellige overfladespændinger. Effekten er opkaldt efter den italienske fysiker Carlo Marangoni, der studerede dette fænomen i sin doktorafhandling i 1865 om vanddråber.

Den amerikanske forskergruppe udførte to eksperimenter. Det ene foregik i et fryserum, hvor såvel temperaturen på den overflade, sæbeboblen var placeret på, og for omgivelserne var ca. -18 C. I det andet eksperiment var overfladetemperaturen mellem -10 C og -40 C, mens omgivelsestemperaturen var 25 C.

Sæbeboblerne bestod af glycerol og vand med et frysepunkt -6,5 C. I fryserumsforsøget havde de et volumen på enten 500 mikroliter eller 10 milliliter, mens de i rumtemperturforsøget havde en størrelse på 5 mikroliter eller 500 mikroliter.

Det er kun i fryserumsforsøget, at snekugleeffekten som ses i videoen opstår.

Iskrystaller dannes i bunden af boblen, hvor den har kontakt med overfladen.

I fryserumsforsøget vil der på grund af forskellen i overfladespænding være et Marangoniflow, der fører iskrystaller opad, og hvor iskrystallerne i begyndelsen snurrer lystigt rundt. Sæbeboblen fryser dermed flere steder på samme tidspunkt i modsætning til en frysning af en vanddråbe.

Ved forsøget ved stuetemperatur sker frysningen derimod gradvist nedefra og opad. Da temperaturen i toppen af sæbeboblen er over dens frysepunkt, stopper processen ved en kritisk højde, så sæbeboblen kun er delvist frossen.

Den delvist frosne sæbeboble kan befinde sig i en ligevægtstilstand i mange minutter, men efterhånden vil luft presses ud gennem små porer i isen pga. Laplace-trykket i boblen, der skyldes overfladespændingen. Herefter kollapser boblen langsomt, som det ses på denne video.

Og hvad skal man så bruge denne viden til, er der sikkert nogle, der vil spørge om?

Nature Communications skriver i en omtale af den nye artikel, at forskerne mener, at denne indsigt kan hjælpe til en bedre forståelse af varmeoverførsel mere generelt. Det er nu ikke noget, forskerne skriver eksplicit i deres artikel.

De konkluderer i stedet, at deres undersøgelser viser, at dynamikken knyttet til frysning af væsker i høj grad afhænger af de geometriske betingelser, og der optræder mange multifasefænomener, når en flydende volumen hverken er kontinuert eller overfladebundet.

Analysen viser i øvrigt også, at snekugleeffekten opstår, når både substratets temperatur og temperaturen i sæbeboblen er under frysepunktet, og temperaturen i toppen af boblen er mindre end eller lig med substratets temperatur.

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først