Pěnivý zázrak: Mýdlové bubliny jsou na povrchu chladnější než okolní vzduch  
Vědci si hráli s bublinami a úplnou náhodou zjistili, že jejich povrch má nižší teplotu než prostředí kolem nich. Po nečekaném objevu s bublinami experimentovali a přišli na to, že bublina může být až o 8 °C chladnější než okolí. Také se ukázalo, že rostoucí obsah glycerolu v mýdlové směsi teplotu bublin zvyšuje. Na zajímavý objev naváže detailní výzkum.
Měření teploty mýdlové bubliny. Kredit: Boulogne et al. (2022), Physical Review Letters.
Měření teploty mýdlové bubliny. Kredit: Boulogne et al. (2022), Physical Review Letters.

Bublinky jsou všude kolem nás. Potkáváme je ve sklenicích s pivem nebo šampaňským, v pračkách, myčkách i na zpěněné hladině oceánu. Jsou všední, ale zároveň fascinující. Odborníci jim věnují až překvapivou pozornost. Intenzivně se zkoumají především ohledně jejich chování v průmyslových procesech. Jak ale ukazuje nedávný pozoruhodný objev, o bublinách toho stále spoustu nevíme.

 

François Boulogne. Kredit: F. Boulogne.
François Boulogne. Kredit: F. Boulogne.

Tým francouzské Université Paris-Saclay a CNRS zjistil, že povrch obyčejných mýdlových bublin je chladnější než okolní vzduch. Jak se ve vědě až úsměvně často stává, François Boulogne a jeho kolegové původně zkoumali něco jiného. Studovali stabilitu mýdlových bublin a shodou okolností měli k dispozici zařízení, které mohlo změřit teplotu na povrchu mýdlové bubliny. Tak to udělali a naměřili nižší teplotu, než byla v místnosti.

 

V rámci výzkumu badatelé vytvářeli bubliny klasickým postupem, z mýdla, vody a glycerolu. Když narazili na zvláštní teplotu povrchu bublin, okamžitě změnili cíl bádání a pustili se po stopě jako lovečtí psi. Experimentovali. Měnili teplotu vzduchu, jeho vlhkost, a také proporce jednotlivých přísad v bublinové směsi.

 

Logo. Kredit: Université Paris-Saclay.
Logo. Kredit: Université Paris-Saclay.

Nakonec dokázali vytvořit situaci, kdy byl povrch mýdlových bublin až o 8 stupňů Celsia chladnější než okolní vzduch. Rovněž zjistili, že změna obsahu glycerolu ovlivňuje výslednou teplotu bublin. Čím více glycerolu směs obsahuje, tím vyšší mají bubliny teplotu.

 

O co vlastně jde? Úplně jasné to zatím není. Badatelé naznačují, že chladný povrch mýdlových bublin může být výsledkem vypařování, k němuž dochází na povrchu bublin. Během experimentů také zjistili, že když bubliny vydrží delší dobu, tak se jejich povrch postupně ohřívá, až se teplota bubliny vyrovná teplotě prostředí.

Boulogne a jeho kolegové se domnívají, že velké rozdíly teplot mezi povrchem bublin a okolním vzduchem mohou mít vliv na stabilitu bublin. Teď si brousí zuby na další výzkum, který by měl objasnit, proč jsou vlastně bubliny chladnější a jestli by bylo možné tuto jejich vlastnost nějak využít.

 

Literatura

Phys.org 30. 12. 2022.

Physical Review Letters 129: 268001.

Datum: 01.01.2023
Tisk článku

Související články:

Jak rozsvítit světlo nezměrným chladem vesmíru?     Autor: Stanislav Mihulka (13.09.2019)
Nejchladnější chemická reakce všech dob předvedla ultrapomalé pohyby molekul     Autor: Stanislav Mihulka (03.12.2019)
Boseho–Einsteinův kondenzát ve volném pádu prorazil rekordně nízkou teplotu     Autor: Stanislav Mihulka (11.09.2021)



Diskuze:

A co když jenom ta mýdlová voda...

Zdeněk Bártek,2023-01-03 00:34:03

chladnější, než ten vzduch? Měřil to někdo!?

Odpovědět


..*byla

Zdeněk Bártek,2023-01-03 00:36:23

Odpovědět

Rychlé soudy

David Henrich,2023-01-01 21:11:19

Ono to není tak jednoduché, jak zdejší borci naznačují. A už vůbec ne jako dílo  expanzí zchlazeného vzduchu. To totiž nesedí se vznikem těch bublin. Lepší je to vysvětlení sníženým odpařováním z membrány vinou alkoholu. Ale ani tam se to nezdá být tak jednoznačné, jak vyplývá z odborných diskusí pod originálním článkem.

Odpovědět


Re: Rychlé soudy

Zdenek Svindrych,2023-01-02 08:45:04

To bude tím, že žádné bubliny nevznikly. Tedy alespoň v původním manuskriptu
https://arxiv.org/abs/2212.07104
Vše se konalo na mýdlových blanách.

Předpokládám, že finální recenzovaný výsledek se dramaticky neliší. Nemám přístup, tak mohu jen doufat, že opravili tu chybu s konstantou A pod rovnicí (1) - má být bezrozměrná, nikoli v Kelvinech.

Samozřejmě, autoři mohli do hloubky rozebrat tepelný příspěvek změny entropie způsobené uspořádáním molekul detergentu do dvojvrstvy, a jevy spojené s povrchovým napětím, leč z výsledků se zdá, že jsou zanedbatelné ve srovnání s latentním teplem vypařování vody. Resp. metoda měření teploty termočlánkem není dost rychlá a citlivá...

Odpovědět

Pavol Hudák,2023-01-01 18:46:20

Hovori sa tomu vyparovanie. A glycerol znizuje znizenie teploty z dovodu ze je hygroskopicky, takze na seba viaze vodu a znizuje schopnost vyparovania.
vyzera ze Phd dnes rozdavaju kazdemu.

Odpovědět


Re: bublina?

Zdenek Svindrych,2023-01-01 19:28:13

Je to přesně tak, a francouzský tým to podpořil detailními výpočty latentního tepla, které sedí. Záhada ani zázrak se nekonají.

Pro ostatní: samozřejmě neměřili teplotu mýdlové bubliny, ale teplotu mýdlové blány. Pomocí termočlánku (!). Sice správně uvedli emisivitu vody 0.96, ale použít termokameru už je asi nenapadlo ... nebo ... možná v příštím článku?!?

Spoiler: https://drive.google.com/file/d/1wfTi8Hksa20OcQEHsFXxgUIa24qvulTL

Pozn., ježto jsem nenašel banán o vhodné povrchové teplotě, jako měřítko musí postačit ruka tříletého dítěte.

Odpovědět


Re: Re:Splasklá bublina!

Josef Hrncirik,2023-01-02 10:10:39

Kdyby bádatelé z Champagne po změření vlhkosti vzduchu dvojicí suchý + vlhký (mokrý) teploměr pomočili mokrou punčošku místo certifikovanou vodou náplní bubli fucku, mohli snadno a přesně kalibrovat svou camera obscura i thermočlánky, ale bylo by po článku.

Kam by se však pustili se po stopě jako lovečtí psi?

Publish or perish!

Odpovědět

Adiabaticke chlazeni

Petr Bartoš,2023-01-01 16:39:01

No nevim, ale mne to tak zvlastni neprijde. Jde o klasickou ukazku adiabatickeho chlazeni.

Odpovědět


Re: Adiabaticke chlazeni

Petr Petr,2023-01-01 17:17:46

Taky mi přijde, že neměří teplotu uvnitř bubliny (jen vrstvy bubliny a okolí).
https://arxiv.org/abs/2212.07104
Takže expanzí zchlazený vnitřní vzduch dočasně zchladí vrstvu bubliny. Nic zajímavého.

Odpovědět


Re: Re: Adiabaticke chlazeni

Josef Hrncirik,2023-01-01 17:28:54

Mnohem zajímavější je ztráta 3. dimenze bubliny po průchodu pytláckým okem na obr.1,
kdy přestává platit 2r = D.

Z toho běhá mráz po zádech.

Odpovědět


Re: Adiabaticke chlazeni nebo brutální škrcení?

Josef Hrncirik,2023-01-02 10:30:08

Podle r. Laplace je v bublině oproti okolí přetlak. Trh nabízí natlačit okolí do bubliny a dojde k ohřátí ná dívky bubliny. Pokud mám nádivku bubliny v mírném přetlaku v pumičce vychlazenou na teplotu okolí, plnění bubliny proběhne prakticky jako vratná adiabatická expanze gasu z pumičky prakticky bez zvětšení entropie, ergo kladívko, gas se ne patrně ochladí.
Je-li však gas v pumičce silně stlačen, škrcením se zahřívá či ochlazuje podle toho, jestli vražda gasu probíhá nad či pod Boyle teplotou.

Možnosti výzkumů jsou takřka neomezené.
Aby se f tom prase vyznalo.

Odpovědět


Re: Re: Adiabaticke chlazeni nebo brutální škrcení?

Vinkler Slavomil,2023-01-02 13:27:27

A mě to připomíná (jako vám) zcela vážný apríl na 1.1.2023

Odpovědět


Re: Re: Adiabaticke chlazeni nebo brutální škrcení?

Josef Hrncirik,2023-01-02 15:09:37

Oprava popravy.
Při tzv. inverzní teplotě se žádným škrcením plynu jeho teplota nemění.
Pod inverzní teplotou se škrcením ochlazuje, nad ní ohřívá.
Inverzní teplota je dvojnásobek Boyle teploty.
Tak to mám trvale zazipované a rozbalilo se to samo. Prostě Joule-Thom(p?)son koeficient.
Efekt škrcení je oproti VRATNÉ adiabatické expanzi zanedbatelný. Zkapalňování plynů škrcením Lindeho je mnohem méně efektní než opakované Kapicovo protláčení expanzní turbínou.

Bubliny konc. H2SO4 (v EU zákaz i pro plnoleté) se zahřívají i v suchém pouštním či arktickém vzduchu. Bubliny s vysokým obsahem Fridexu či glycerinu hřejí málo a jen v dusných tropech.
Víc nemám našprtáno.

Odpovědět


Re: Adiabaticke chlazeni

Florian Stanislav,2023-01-02 20:08:21

Glycerin má teplotu varu 290°C, podstatně vyšší viskozitu, jiné povrchové napětí, skupenské teplo výparné atd. jak voda. Takže zásah do vlastnosti bubliny je značný.
I kdyby voda vzduch měly na počátku měření stejnou teplotu, tak voda se z povrchu vypařuje = ochlazuje se povrch. Právě z této vrchní vrstvy vzniká blána a pak bublina.
A) Bublina vzniká z blány proudem vzduchu = dodání energie .
B) Blána se minimalizací povrchu díky povrchovému napětí změní na kulovou bublinu, která má nejmenší energii = energie se uvolní.
C) Z povrchu se voda odpařuje = ochlazuje se = ztráta energie.
Odpařování se děje na mimořádně tenké vrstvě, tedy změna teploty je podstatně větší, než u kapaliny v nádobě, kde je ve styku s dalším objemem kapaliny.
D) Přidání glycerolu mění vlastnosti vzniku a stability bubliny, protože fyzikální vlastnosti směsi vody s gylcerinem jsou jiné, než u vody.
E) Obvyklá zkušenost, že se bublina zvětšuje a praskne souvisí i s tím, kapalina byla chladnější ( než vzduch), povrchové napětí ohřátím klesá a nedokáže bublinu udržet.
F) Nemyslím, že jde o adiabatické děje bez výměny energie ( tepla), bublina se ohřívá.
G) Článek byl revidován 29.9.2022, tedy ne na Sivestra.

Odpovědět


Re: Re: Adiabaticke chlazeni

Josef Hrncirik,2023-01-02 21:49:48

Největší je změna povrchového napětí vody a přídavkem méně než 1% smáčedla klesne až cca 4x. Čistá voda bez smáčedla netvoří snadno trvalou pěnu. Ani přídavek např. hexanolu místo saponátu nevede k dobré pěně.
Zvýšení viskozity pomáhá i při vysoké povrchové energii skloviny a taveniny polymerů lze při dostatečné viskozitě snadno napěnit. Problém je s kovy: nízká viskozita taveniny vysoké povrchové energie, kterou nelze snížit jednoduchým malým přídavkem. Vytékáním kapaliny z pěny podél stěn bublinek se stěny ztenčují a snáze se porušují. Proto je výhodná vysoká viskozita roztoku polymeru ve vodě a jeho ev. zesíťování. Potom nevadí ani vypaření vody.
Samotná povrchová monomolekulární vrstva povrchově aktivní látky je tlustá jen cca 2 nm, přebytek vytváří zásoby jako mikromicely v kapalině.
Stěna bubliny tenčí než cca 100 nm je prakticky neviditelná, nelesklá ("černější" v mástech ev. prasknutí vůči lesku zbytku). Viditelný je lesk odrazu či interferenční barvy. Co je vlastně vidět jasně jako duhy na obr. 1 je nejasné.
Pěna je nestabilní, rostou velké bubliny na úkor malých. Asi se připravují i velmi stabilní hasební vodní pěny i odolné vůči lihu a benzínu a asi přežijí i zmrznutí a rozmražení.
Povrchová vrstva smáčedla na stěnách brzdí odpar vody možná i řádově. Teplotní rozdíly mezi suchým a mokrý teploměrem nejsou větší než 20°C a tudíž nepodstatné.
Pro stabilitu pěny je asi důležitá rychlá tvorba (obnova) monomolekulární vrstvy a její viskozita bránící rychlé destrukci v namáhaných místech.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace