皂膜（Soap films）是由液體（多半是水基液體，例如肥皂液）在空氣中形成的薄膜。例如兩個肥皂泡接觸時，兩個肥皂泡會融合成一個，而在中間形成薄膜。泡沫就是由許多皂膜，依普拉托定律連接成的網路。皂膜有兩層表面，由於表面張力，皂膜會使表面面積最小[1]。皂膜可以用來成為極小曲面的模型，常用在數學中。
穩定性 编辑
圖1：皂膜兩面上表面活性剂的組織 圖2：因為表面活性剂集中產生的馬倫哥尼效應。箭頭表示力的方向從日常經驗可以看出，在水或是純液體中不太容易讓泡沫持續存在。而肥皂的成份有表面活性剂分子，可以穩定肥皂泡。表面活性剂多半會是两亲分子，其中有疏水性的部份及親水性的部份，會在空氣/水的介面上排列（見圖1）。
表面活性剂會讓皂膜的二層表面之間有排斥力，讓皂膜不會變薄破裂。可以透過有關分離壓的計算來量化其效果。主要的排斥機制是位阻效应（表面活性剂無法交錯）及靜電力（若表面活性剂有帶電的情形）。
若皂膜的厚度有波動時，靠著著表面活性剂的馬倫哥尼效應也會使皂膜穩定。因此皂膜介面有一些可撓性。若上面的表面張力沒有均勻分佈，會透過馬倫哥尼效應使表面張力均勻分佈（見圖2）。
不過就算存在有穩定效果的表面活性剂，皂膜仍無法永久存在不破裂。水會慢慢蒸發（速率因著空氣中濕度而不同）。而且只要皂膜不是完美的水平配置，其中的液體會因為重力而往下方流動，漸漸累積到下方，最後皂膜的上方會變薄，最後破裂。
表面張力的影響：极小曲面 编辑
以數學的觀點來看，皂膜可以視為是极小曲面。表面张力是量測形成表面需要的能量，會將表面極小化，因為表面能量和皂膜面積成正比，皂膜會變形使其表面極小，因此也使其能量極小[2]。
皂膜的形式會依照支持方式而變化。若在平的表面上，皂膜一般也會是平的，不過若是支持的物體形狀較複雜，皂膜會變形，使其表面達到極小曲面[2]。
顏色 编辑
圖3：皂膜的薄膜干涉。最上方金黃色的部份是皂膜最薄的位置，甚至其中有幾個小的黑點皂膜的彩虹色是因為皂膜兩層表面干涉光波所造成，此現象稱為薄膜干涉，會因皂膜的厚度而定。此現象的原理不是因為形成彩虹的折射造成，比較類似油污在水上產生的彩虹色。
水份流動的影響 编辑
若選擇適當的表面活性剂[2]，適當的控制大氣濕度及空氣的流動，水平的皂膜可以維持幾分鐘其至到幾小時。不過，垂直的皂膜會因為重力影響使水份往下流，使上方的皂膜變薄。皂膜顏色隨厚度而變化，因此垂直皂膜上方的顏色會和下方不同。
圖4：垂直的皂膜破裂 编辑
若皂膜不穩定，最後則會破裂。在皂膜某處會有破洞，之後破洞會迅速擴大。表面张力會使得表面極小化，因此皂膜最後會消失。破洞的出現會被液體的慣性所減慢。慣性力的平衡以及表面張力會產生以下的開口速度（opening velocity）[3]：
其中
- 為液體表面張力
- 為液體密度
- 為皂膜厚度
参见 编辑
參考資料 编辑
- ^ John Avison. The World of Physics. Nelson Thornes. November 2014: 161–. ISBN 978-0-17-438733-6.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Ball, 2009. pp. 61–67
- ^ Culick, F.E.C. Comments on a Ruptured Soap Film 31. 1960: 1128–1129.
- Ball, Philip. Shapes. Nature's Patterns: a tapestry in three parts. Oxford University Press. 2009: 61–67, 81–97, 291–292. ISBN 978-0-19-960486-9.
外部链接 编辑
- 皂类液膜振荡器 （页面存档备份，存于互联网档案馆），物理化学学报
- 如何吹出完美泡泡？并选入知名期刊？
皂膜, soap, films, 是由液體, 多半是水基液體, 例如肥皂液, 在空氣中形成的薄膜, 例如兩個肥皂泡接觸時, 兩個肥皂泡會融合成一個, 而在中間形成薄膜, 泡沫就是由許多, 依普拉托定律連接成的網路, 有兩層表面, 由於表面張力, 會使表面面積最小, 可以用來成為極小曲面的模型, 常用在數學中, 目录, 穩定性, 表面張力的影響, 极小曲面, 顏色, 水份流動的影響, 破裂, 参见, 參考資料, 外部链接穩定性, 编辑, nbsp, 圖1, 兩面上表面活性剂的組織, nbsp, 圖2, 因為表面活性剂. 皂膜 Soap films 是由液體 多半是水基液體 例如肥皂液 在空氣中形成的薄膜 例如兩個肥皂泡接觸時 兩個肥皂泡會融合成一個 而在中間形成薄膜 泡沫就是由許多皂膜 依普拉托定律連接成的網路 皂膜有兩層表面 由於表面張力 皂膜會使表面面積最小 1 皂膜可以用來成為極小曲面的模型 常用在數學中 目录 1 穩定性 2 表面張力的影響 极小曲面 3 顏色 4 水份流動的影響 5 破裂 6 参见 7 參考資料 8 外部链接穩定性 编辑 nbsp 圖1 皂膜兩面上表面活性剂的組織 nbsp 圖2 因為表面活性剂集中產生的馬倫哥尼效應 箭頭表示力的方向從日常經驗可以看出 在水或是純液體中不太容易讓泡沫持續存在 而肥皂的成份有表面活性剂分子 可以穩定肥皂泡 表面活性剂多半會是两亲分子 其中有疏水性的部份及親水性的部份 會在空氣 水的介面上排列 見圖1 表面活性剂會讓皂膜的二層表面之間有排斥力 讓皂膜不會變薄破裂 可以透過有關分離壓 英语 disjoining pressure 的計算來量化其效果 主要的排斥機制是位阻效应 表面活性剂無法交錯 及靜電力 若表面活性剂有帶電的情形 若皂膜的厚度有波動時 靠著著表面活性剂的馬倫哥尼效應也會使皂膜穩定 因此皂膜介面有一些可撓性 若上面的表面張力沒有均勻分佈 會透過馬倫哥尼效應使表面張力均勻分佈 見圖2 不過就算存在有穩定效果的表面活性剂 皂膜仍無法永久存在不破裂 水會慢慢蒸發 速率因著空氣中濕度而不同 而且只要皂膜不是完美的水平配置 其中的液體會因為重力而往下方流動 漸漸累積到下方 最後皂膜的上方會變薄 最後破裂 表面張力的影響 极小曲面 编辑以數學的觀點來看 皂膜可以視為是极小曲面 表面张力是量測形成表面需要的能量 會將表面極小化 因為表面能量和皂膜面積成正比 皂膜會變形使其表面極小 因此也使其能量極小 2 皂膜的形式會依照支持方式而變化 若在平的表面上 皂膜一般也會是平的 不過若是支持的物體形狀較複雜 皂膜會變形 使其表面達到極小曲面 2 顏色 编辑 nbsp 圖3 皂膜的薄膜干涉 最上方金黃色的部份是皂膜最薄的位置 甚至其中有幾個小的黑點皂膜的彩虹色是因為皂膜兩層表面干涉光波所造成 此現象稱為薄膜干涉 會因皂膜的厚度而定 此現象的原理不是因為形成彩虹的折射造成 比較類似油污在水上產生的彩虹色 水份流動的影響 编辑若選擇適當的表面活性剂 2 適當的控制大氣濕度及空氣的流動 水平的皂膜可以維持幾分鐘其至到幾小時 不過 垂直的皂膜會因為重力影響使水份往下流 使上方的皂膜變薄 皂膜顏色隨厚度而變化 因此垂直皂膜上方的顏色會和下方不同 nbsp 圖4 垂直的皂膜破裂 编辑若皂膜不穩定 最後則會破裂 在皂膜某處會有破洞 之後破洞會迅速擴大 表面张力會使得表面極小化 因此皂膜最後會消失 破洞的出現會被液體的慣性所減慢 慣性力的平衡以及表面張力會產生以下的開口速度 opening velocity 3 V 2 g r h displaystyle V sqrt frac 2 gamma rho h nbsp 其中 g displaystyle gamma nbsp 為液體表面張力 r displaystyle rho nbsp 為液體密度 h displaystyle h nbsp 為皂膜厚度参见 编辑肥皂泡 薄膜干涉參考資料 编辑 John Avison The World of Physics Nelson Thornes November 2014 161 ISBN 978 0 17 438733 6 2 0 2 1 2 2 Ball 2009 pp 61 67 Culick F E C Comments on a Ruptured Soap Film 31 1960 1128 1129 journal 被忽略 帮助 issue 被忽略 帮助 Ball Philip Shapes Nature s Patterns a tapestry in three parts Oxford University Press 2009 61 67 81 97 291 292 ISBN 978 0 19 960486 9 外部链接 编辑皂类液膜振荡器 页面存档备份 存于互联网档案馆 物理化学学报 如何吹出完美泡泡 并选入知名期刊 取自 https zh wikipedia org w index php title 皂膜 amp oldid 69736729, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，
文章
，阅读，下载，免费，免费下载，mp3，视频，mp4，3gp， jpg，jpeg，gif，png，图片，音乐，歌曲，电影，书籍，游戏，游戏。