贪吃蛇新玩法:马兰戈尼效应的实验解析

作者: Shiny & Tom

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-02-01 12:14:17

本文介绍了一个基于马兰戈尼效应的科学实验,展示了液滴在特定条件下的相互吸引现象,并详细解析了实验原理和过程。

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实验器材包括所标杯、移液枪、离心管、丙三醇、食用色素、酒精、无尘纸、镊子、酒精灯、玻璃片。实验过程首先需要对玻璃片进行清洗处理,在玻璃片表面滴上酒精,再用无尘纸擦净,用酒精灯火焰高温处理后,将玻璃片静置冷却。事先配好加有红色色素的20%丙三醇溶液和加有蓝色色素的10%丙三醇溶液,用移液枪分别取2微升放置在玻璃片上,相隔约1厘米,液滴需要铺展开才能成功。

之后静等几分钟,发现即使是在无风环境下,两个液滴还是会吸引并相融。

这次的实验来源于2015年发表在Nature上的一篇文章。据说这篇文章的作者本科做实验的时候,无意间将食品色素溶液滴在了经过灭菌处理的玻璃片上,结果就观察到了有趣的实验现象。后来经过进一步地研究,发表了这篇论文。事实上,这次小实验的原理与之前“美酒的眼泪”的原理是差不多的,都是马兰戈尼效应的具体体现。

针对实验中的情况,我们要考虑马兰戈尼效应的作用效果。由于液滴中的水会不断蒸发,液滴附近的水蒸气浓度因此也会上升。受两滴液滴的共同影响,区域2的水蒸气浓度要高于区域1和区域3的,所以,对于液滴而言,其两侧的水蒸气浓度会存在差异,水蒸气浓度高的一侧,水蒸发的速率会减慢,因此该侧水的比例相比于水蒸气浓度低的一侧要大。

由马兰戈尼效应可以知道,如果液滴中水的分布存在不均匀,那么其表面张力也会存在不均匀,而且,总的表面张力会指向水较多的一侧。而表面张力就是液滴所受的驱动力。具体来说,对于红色液滴,区域1的表面张力小于区域2的,驱动力向右;对于蓝色液滴,区域3的表面张力小于区域2的,驱动力向左。共同作用下,就形成了相互吸引的力。

本期实验具有危险性,禁止在不具备安保条件和没有专业指导的情况下做实验!因此本期不再接受大家的投稿,大家可以在留言区对实验一些细节或者任何想说的进行留言,截至北京时间2月3日(下周一)中午12点,点赞数前两位的粉丝将获得大师扑克一份。

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