泡沫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

材料表面與界面趣味實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)報(bào)告2014年5月18日

1.研究肥皂泡的穩(wěn)定性的影響因素1，利用表面活性劑溶液（洗潔凈）和水按配置不同濃度的泡泡溶液（起始體積濃度參考值1:10,5組）我們利用相同大小{直徑為5厘米}的泡沫能保持不破裂的時(shí)間來(lái)反映泡沫的穩(wěn)定性，討論了水比表面活性劑體積比為1:14至1：1共七組，下面是我們做出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總：序號(hào)濃度設(shè)定值潔凈劑體積ml水體積ml泡沫穩(wěn)定時(shí)間①/s泡沫穩(wěn)定時(shí)間②/s泡沫穩(wěn)定時(shí)間③/s平均時(shí)間/s11：1434237.638.743.039.721：1233644.444.050.146.231：1055034.730.037.634.141：854026.827.324.926.351：653026.525.426.826.261：410409.08.79.18.971：120205.93.04.64.5結(jié)果表明水與表面活性劑體積比為1:12吹出來(lái)的泡沫穩(wěn)定性最好2，選取最高泡沫穩(wěn)定性的溶液加入一定體積的甘油（起始參考濃度1：5，3組）后，研究其時(shí)間穩(wěn)定性，并配制獲得能夠形成穩(wěn)定泡沫的表面活性劑溶液；在我們得到的溶液中加入體積比分別為1：8、1：7、1：3的甘油，按照1中的方法，比較其得到的泡沫的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢簼崈魟舛仍O(shè)定值甘油濃度設(shè)定值泡沫穩(wěn)定時(shí)間①/s泡沫穩(wěn)定時(shí)間②/s泡沫穩(wěn)定時(shí)間③/s泡沫穩(wěn)定時(shí)間④/s平均時(shí)間/s1：121：8139.6127.684.297.1112.11：750.483.445.643.055.61：3148.752.1102.4102.6101.5結(jié)果表明加入甘油體積比為1：8得到的泡沫穩(wěn)定性最好。3，將獲得最佳溶液取少量加入食鹽、白糖后，觀察泡沫的穩(wěn)定性加入食鹽，結(jié)果有時(shí)吹不出泡泡，解釋食鹽為表面惰性劑，發(fā)生負(fù)吸附，增加肥皂水的表面張力，表面張力的趨勢(shì)是使其收縮，所以不容易吹出泡泡。加入白糖，結(jié)果仍然相當(dāng)穩(wěn)定，解釋而白糖是多羥基醛，是表面活性劑，發(fā)生正吸附，降低肥皂水的表面張力，使其收縮的趨勢(shì)減小，所以依然能吹出泡泡。2.普拉托法則的驗(yàn)證：1，研究?jī)蓚€(gè)泡泡相遇的情況，觀察邊界和夾角；觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：泡沫表面光滑，交界線由兩個(gè)泡沫的表面和它們的接觸面相交形成，成180度，泡沫有明顯的干涉現(xiàn)象，反映了其內(nèi)部液體的流動(dòng)情況，這種結(jié)構(gòu)可以較長(zhǎng)時(shí)間存在。2，研究三個(gè)泡泡相遇的情況，觀察邊界和夾角；觀察到的現(xiàn)象：泡沫表面光滑，三個(gè)內(nèi)接觸面直接互相之間成120度角，在泡沫中間我們可以看到四條邊界線相交于一點(diǎn)，兩兩之間的夾角同正四面體的中心與四個(gè)頂點(diǎn)連接的連線兩兩之間所構(gòu)成的交角一樣，在泡沫的邊緣（兩個(gè)泡沫接觸的位置），面面間的形成相同的夾角，為120度，這種結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定存在。3，研究四個(gè)泡泡相遇的情況，觀察邊界和夾角；觀察到的現(xiàn)象：四個(gè)泡沫互相接觸時(shí)，它的四個(gè)內(nèi)接觸面互相之間成90度角，我們同樣可以看到四條邊界線相交于一點(diǎn)，兩兩之間的夾角同正四面體的中心與四個(gè)頂點(diǎn)連接的連線兩兩之間所構(gòu)成的交角一樣，在泡沫的邊緣（兩個(gè)泡沫接觸的位置），面面間的形成相同的夾角，為120度。我們發(fā)現(xiàn)泡沫之間的相互大小不會(huì)對(duì)這些規(guī)律造成影響。4，研究多個(gè)泡泡相遇的情況。多個(gè)泡沫相遇，不管是幾個(gè)泡沫互相接觸，我們發(fā)現(xiàn)它都能找到與前三個(gè)相同的一些規(guī)律。19世紀(jì)比利時(shí)物理學(xué)家約瑟夫·普拉托在大量的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)之基礎(chǔ)上總結(jié)而出的一些規(guī)律，我們稱(chēng)之為普拉托定律：普拉托定律一共包括如下四條經(jīng)驗(yàn)定律：1），皂液膜由完全光滑的表面組成。2），皂液膜的任一部分的平均曲率在同一片膜上的每一點(diǎn)上都是常數(shù)。3），皂液膜表面的交界一定是由三個(gè)表面相接構(gòu)成的曲線，稱(chēng)為“普拉托邊界”，交界處兩兩表面形成的平面交角都是cos?1(?1/2)=120度。4），普拉托邊界之間相交一定是由四條邊界相交構(gòu)成一個(gè)交點(diǎn)，在交點(diǎn)處，四個(gè)邊界線兩兩之間的交角都相同，等于cos?1(?1/3)≈109.47度，如同正四面體的中心與四個(gè)頂點(diǎn)連接的連線兩兩之間所構(gòu)成的交角一樣。以上四條定律在我們的實(shí)驗(yàn)中都能看到，雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果不多，但也能作為一些證據(jù)證明普拉托定律的正確性。5，用鐵絲做成下面圖中的各種形狀以及其它情況，研究最小表面情況1)螺旋線2)蝴蝶環(huán)3)立方體3.薄膜干涉現(xiàn)象及其擾動(dòng)1，研究膜的拉伸壓縮等變形情況把鐵絲做成U型，用棉線做頂端，將整個(gè)鐵絲和棉線浸入到配好的溶液中，拿出來(lái)時(shí)形成了U型的肥皂膜。向不同方向牽拉棉線可以使得肥皂膜的面積變大變小，同時(shí)我們能感受到一定的力的作用。向外拉時(shí)，肥皂膜面積變大，膜厚變薄，有光的干涉現(xiàn)象，通過(guò)它我們發(fā)現(xiàn)，水向著我們拉的方向?qū)α??；乜s時(shí)，肥皂膜面積變小，膜厚變厚，有光的干涉現(xiàn)象，回縮不需要施加力的作用。2，研究直立薄膜的形狀和動(dòng)態(tài)光干涉變化情況（析水，擾動(dòng)）將上述U型肥皂膜橫向豎直放置，我們可以看到皂膜有色彩燦爛的干涉圖像4秒后，干涉圖像明顯下移，說(shuō)明皂膜下方的膜厚增加，水的對(duì)流方向向下8秒后，干涉圖像進(jìn)一步下移，同時(shí)發(fā)現(xiàn)下方鐵絲邊緣有水的聚集現(xiàn)象12秒后下方水聚集現(xiàn)象越來(lái)越明顯，干涉圖像持續(xù)下移16秒后下方析水已經(jīng)很明顯，干涉圖像接近鐵絲邊緣，上方膜層變得非常的薄20秒后，由于在重力的作用下皂膜中的水逐漸向下析出，使得皂膜上方膜層變得越來(lái)越薄，最終破裂，而干涉現(xiàn)象的存在也正好給我們提供了觀察這一現(xiàn)象的辦法，光的干涉條紋其實(shí)反映了膜厚。4.油膜實(shí)驗(yàn)1，通過(guò)直接滴入和加分散介質(zhì)滴入的兩種方法制備油膜，觀察其不同；直接滴入：食用油分散成很小一片。加分散介質(zhì)滴入：油膜基本散開(kāi)鋪滿水面。2，觀察油膜對(duì)水表面波的抑制情況；油膜會(huì)對(duì)水表面波產(chǎn)生一定的抑制，使之看起來(lái)顯得粘稠。輕輕搖動(dòng)沒(méi)有加入油滴的水杯產(chǎn)生的水面的搖晃明顯比加了油滴之后的程度大。5.討論問(wèn)題皂膜穩(wěn)定的主要影響因素是什么？答：泡徑大小：大泡易于破滅，壽命較長(zhǎng)的的都是小泡。而且小氣泡的泡膜中所含液量相對(duì)比較大，所以較能經(jīng)受液體流失所造成的穩(wěn)定性的損失。普拉托定理是否正確？答：正確。舉例給出多種復(fù)雜形狀的薄膜變化情況，以及該種變化是否符合普拉托定理。答：由第二部分可知膜在復(fù)雜框架中的變化，由幾何學(xué)可知符合普拉托定理。仔細(xì)描述皂膜析水的整個(gè)過(guò)程，觀察其與干