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看足球,学化学——泡沫定位线 | 上传:陈建东 来源:澳洲梁博士 点击数:9352次 更新时间:2017-6-10 17:25:45
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足球是相对古老的普及运动,但不断出现的现代科技总能在这古老的足球場中找到它们的应用,现代足球裁判使用的临时定位泡沫白线便是一个很好的例子。
该定位白线其实是喷雾罐中喷出的白色泡沫,它的工作原理非常类似于我们常见的的摩丝:在这个喷雾罐中,加入了80的水,17的液化丁烷C4H10,1的表面活性剂和2的植物油。由于丁烷非常容易挥发,因此在喷罐内液体的上面全是蒸发的丁烷气体,它在室温下的蒸气压约是3个大气压。一旦开启喷雾罐的喷嘴,由罐顶丁烷气体所产生的巨大压力会迫使液体通过导管从喷雾罐中喷出。一旦离开高压下的喷罐,包含在液体中的液化丁烷马上会气化成丁烷气体。可是,这个由丁烷气体形成的气泡,会被具有一定机械强度的含有表面活性剂的水膜所包裹而形成泡沫。这个丁烷气体泡沫的结构非常相似于我们常见的肥皂泡沫,除了气泡尺寸更小和包裹的气体不同以外。
由于数量众多的丁烷气体泡沫表面会对光线产生强烈的漫反射,因而我们见到的泡沫呈乳白色。可是,细小的泡沫表面存在一个巨大的表面张力,因而它是一个热力学不稳定体系。当二个相邻的泡沫碰在一起时,为了减少表面能,它很易互相结合而形成一个新的但较大的泡沫。与此同时,随着时间的推移,泡沫表面的水会逐渐蒸发至空中,从而使得水膜厚度变薄,机械强度下降。最后的结果是,所有的泡沫全部破裂,包裹的丁烷气体跑入空中,而剩下的水膜会相互融合成液滴而流入草地,从而这个临时的泡沫白线就会永久消失。
从泡沫的产生,形成一条临时的泡沫白线,到最终泡沫消失,这个时间不会太长,但足够裁判用来定位所需。同时,由于留人草地的大部分是水和少量的表面活性剂和植物油,不会对场地产生污染,因而这个泡沫喷罐在足球场上受到了裁判的欢迎。
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