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          葡萄酒的眼淚形成原因究竟是什么呢?

          來源:Magic魔法莊園 瀏覽 129 次 發布時間:2021-11-08

          開啟今天的魔法之旅前,魔法君先來和大家一起品一杯葡萄酒。


          打開一瓶純正的葡萄酒后,優雅地斟滿酒杯,然后輕輕地搖晃,均勻地轉動……


          片刻后,酒液會沿著內壁緩緩地流出一道道的酒痕,這現象會神奇地持續一段時間。而這個現象有一個更動聽的名字—“葡萄酒的眼淚”。那么它的形成原因究竟是什么呢?



          最早關注掛杯現象(酒淚)的學者,是19世紀的英國物理學家詹姆斯?湯姆森(James Thomson),他在1855年發表論文《在葡萄酒和其它酒類表面觀察到的一些奇特運動》,初步認為掛杯是一種由液體表面張力作用引起的“熱毛細對流(Thermocapillary Convection)”。


          10年之后,意大利帕維亞大學的物理學博士卡羅?馬蘭戈尼(Carlo Marangoni)又發表一篇論文,進一步系統地解釋了這種現象,被學術界命名為“馬蘭哥尼效應”(Marangoni effect)。由于美國物理學家威拉德?吉布斯(Willard Gibbs)后來進一步豐富和發展了馬蘭戈尼的學說,有時也稱“吉布斯-馬蘭戈尼效應”(Gibbs-Marangonieffect)。那么問題來了,表面張力是個啥?


          魔法君先帶大家感受一下表面張力的存在。


          肥皂膜中的表面拉力


          動圖中的鐵絲本來同時受到兩側肥皂膜的吸引,而當一側的肥皂膜被刺破時,鐵絲立馬滾向另一側,而吸引著它滾動的正是存在于肥皂膜表面的拉力—表面張力。


          嚴格來說,表面張力是指液面作用于單位長度分界線的張力。由于這種拉力是描述液體表面發生的行為,所以我們稱這種拉力為表面張力。


          紅色為表面分子,下面為內部水分子


          在水中,如B所示,內部水分子所受鄰近相同分子的作用力是對稱的,各方向的力相互抵消。但物質表面層分子與內部分子周圍的狀況不同,水最外層分子會受到整個水滴內部分子的斥力,而抵消這個斥力的便是水的表面張力。


          表面張力的大小,可用表面張力系數來描述。影響表面張力系數的因素主要有二:一是溫度,溫度越高表面張力系數越小;二是在液體中加入雜質可顯著改變表面張力系數。


          大家一定對表面張力這個詞不陌生,因為魔法君曾做過一個牛奶動畫的實驗,其中的原理解釋便是洗潔精破壞了牛奶的表面張力??墒巧弦淮挝覀儍H僅止步于表面張力這一詞,今天,我們必須扒一扒,洗潔精到底是如何破壞了牛奶的表面張力。


          實驗傳送門:牛奶動畫


          由于氫鍵的關系,液體水之間的相互作用非常強,由于需要打破較強的相互作用,因此它擁有相對較高的表面張力。


          而洗潔精是一種合成洗滌劑,合成洗滌劑的主要成分都是以化學方法合成的表面活性劑。所謂表面活性劑,就是表面張力很低的一類物質。


          當洗潔精滴入水面后,形成中央一塊表面張力很低區域,也就是拉力很低的中心區域,那么和水的表面張力形成的張力差值讓色素牛奶表面中央區域迅速被拉往邊緣區域,這樣我們便看到了翻滾的牛奶動畫。


          再來回到開頭提到的酒淚。


          酒淚形成示意圖


          英文釋義:


          Alcohol evaporation:酒精蒸發


          lowest alcohol concentration最低酒精濃度


          gravity:重力


          酒淚形成于杯壁、葡萄酒和空氣結合處的彎月面(彎月面在圖示里被夸張放大了)。


          我們知道酒精具有揮發性,葡萄酒中的酒精會持續從表面蒸發,而且蒸發速率快于水的蒸發,彎月面中的情況也是如此。因為體積較小,彎月面中酒精濃度的下降更快,所以表面積相對更大。


          因此,這會在彎月面和葡萄酒與空氣間的平坦接觸表面之間形成濃度差,隨后將造成表面張力梯度(表面張力上大,下?。?,隨著時間推移,使彎月面沿著玻璃杯壁向上移動。


          隨著彎月面開始在玻璃杯的壁面形成一層膜,其中的酒精進一步揮發,造成了更大的表面張力梯度。更多的葡萄酒被拉到玻璃杯壁上,直到形成液滴。此時重力將起作用,酒淚沿玻璃杯壁流回葡萄酒的主體內。



          模擬正方體形水分子在重力、表面張力、內部斥力共同作用下在平衡狀態趨于球狀


          在工程實踐中,液體自發收縮成球狀的現象有時對工農業生產是不利的.例如,在噴灑農藥時,藥液在液面上收縮成液滴將影響葉片對農藥的吸收,因此必須減小液滴的表面張力使液滴在液面上呈延展分布。而減小液體表面張力最有實用意義的方法是添加類似于洗潔精的表面活性物質。

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