佳礼资讯网

 找回密码
 注册

ADVERTISEMENT

查看: 758|回复: 0

堆出沙堡的背後物理學,確認可用開爾文方程描述

[复制链接]
发表于 12-12-2020 09:21 AM | 显示全部楼层 |阅读模式
https://technews.tw/2020/12/11/kelvin-equation-capillary-action-sandcastle/

去海邊最過癮的莫過於打造一座壯觀沙堡,只要將水與沙混合至正確比例就可變「堅固」。150 年來,科學家知道背後機制是毛細管作用,但卻一直搞不懂為何可用宏觀方程描述這種微觀現象。直到最近,曼徹斯特大學團隊的實驗終於解決這項難題,且顛覆原本認為水在此微觀規模會改變性質、結構明顯變離散的預期。

  

建造沙堡需要的材料就是沙子和水。此時水彷彿黏膠,透過毛細管作用(又稱毛細現象)將沙粒結合在一起,過去研究表明,打造較穩固沙堡的理想比例是 8 桶沙子+1 桶水。

10 多年前,物理學家就探討過為什麼沙子變濕時會有黏性。透過 X 射線顯微技術拍攝大小與砂礫相似的玻璃珠 3D 圖像,觀察到當水加進乾燥的珠子時,珠子之間會形成「毛細管橋」使水和空氣的表面積最小化,水加越多、橋也越大,可用開爾文方程(Kelvin equation)解釋這種現象,就算毛細管只有 10 奈米寬也能精確描述。

然而水與沙凝結的正常濕度介於 30%~50%,這種情況下毛細管會更細,僅 1 奈米,快媲美水分子的直徑(約 0.3 奈米),而宏觀開爾文方程不能描述涉及分子尺度的性質,也因此實驗受到許多阻礙。

不過曼徹斯特大學團隊的最新實驗跨過這道障礙,成功證明開爾文方程即使在 1 奈米細的毛細管也能描述凝結現象,也就是說,科學家原本預期水在此規模會改變性質、結構會變離散的假設就推翻了。

方程的效果依然很好,只不過解決百年之謎的結果有些令人失望,科學家本來更想看到顛覆傳統物理學的新發現。新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

https://technews.tw/2020/12/11/kelvin-equation-capillary-action-sandcastle/




回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

 

ADVERTISEMENT



ADVERTISEMENT



ADVERTISEMENT

ADVERTISEMENT


版权所有 © 1996-2023 Cari Internet Sdn Bhd (483575-W)|IPSERVERONE 提供云主机|广告刊登|关于我们|私隐权|免控|投诉|联络|脸书|佳礼资讯网

GMT+8, 28-3-2024 11:30 PM , Processed in 0.068613 second(s), 23 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表