泡沫实验报告

材料表面与界面趣味实验课实验报告

2014年5月18日

1. 研究肥皂泡的稳定性的影响因素

1，利用表面活性剂溶液（洗洁净）和水按配置不同浓度的泡泡溶液（起始体积浓度参考值1:10,5组）

我们利用相同大小{直径为5厘米}的泡沫能保持不破裂的时间来反映泡沫的稳定性，讨论了水比表面活性剂体积比为1:14至1：1共七组，下面是我们做出的实验数据汇总：

结果表明水与表面活性剂体积比为1:12吹出来的泡沫稳定性最好

2，选取最高泡沫稳定性的溶液加入一定体积的甘油（起始参考浓度1：5，3组）后，研究其时间稳定性，并配制获得能够形成稳定泡沫的表面活性剂溶液；

在我们得到的溶液中加入体积比分别为1：8、1：7、1：3的甘油，按照1中的方法，比较其得到的泡沫的稳定性，数据汇总如下：

结果表明加入甘油体积比为1：8得到的泡沫稳定性最好。

3，将获得最佳溶液取少量加入食盐、白糖后，观察泡沫的稳定性

加入食盐，结果有时吹不出泡泡，解释食盐为表面惰性剂，发生负吸附，增加肥皂水的表面张力，表面张力的趋势是使其收缩，所以不容易吹出泡泡。

加入白糖，结果仍然相当稳定，解释而白糖是多羟基醛，是表面活性剂，发生正吸附，降低肥皂水的表面张力，使其收缩的趋势减小，所以依然能吹出泡泡。

2. 普拉托法则的验证：

1，研究两个泡泡相遇的情况，观察边界和夹角；

观察到的实验现象：泡沫表面光滑，交界线由两个泡沫的表面和它们的接触面相交形成，成180度，泡沫有明显的干涉现象，反映了其内部液体的流动情况，这种结构可以较长时间存在。

观察到的现象：泡沫表面光滑，三个内接触面直接互相之间成120度角，在泡沫中间我们可以看到四条边界线相交于一点，两两之间的夹角同正四面体的中心与四个顶点连接的连线两两之间所构成的交角一样，在泡沫的边缘（两个泡沫接触的位置），面面间的形成相同的夹角，为120度，这种结构能够稳定存在。

观察到的现象：四个泡沫互相接触时，它的四个内接触面互相之间成90度角，我们同样可以看到四条边界线相交于一点，两两之间的夹角同正四面体的中心与四个顶点连接的连线两两之间所构成的交角一样，在泡沫的边缘（两个泡沫接触的位置），面面间的形成相同的夹角，为120度。我们发现泡沫之间的相互大小不会对这些规律造成影响。

4，研究多个泡泡相遇的情况。

多个泡沫相遇，不管是几个泡沫互相接触，我们发现它都能找到与前三个相同的一些规律。

19世纪比利时物理学家约瑟夫·普拉托在大量的实验观测之基础上总结而出的一些规律，我们称之为普拉托定律：

普拉托定律一共包括如下四条经验定律：

1），皂液膜由完全光滑的表面组成。

2），皂液膜的任一部分的平均曲率在同一片膜上的每一点上都是常数。

3），皂液膜表面的交界一定是由三个表面相接构成的曲线，称为“普拉托边界”，交界处两两表面形成的平面交角都是cos−1(−1/2) = 120 度。

4），普拉托边界之间相交一定是由四条边界相交构成一个交点，在交点处，四个边界线两两之间的交角都相同，等于cos−1(−1/3) ≈109.47 度，如同正四面体的中心与四个顶点连接的连线两两之间所构成的交角一样。

以上四条定律在我们的实验中都能看到，虽然实验结果不多，但也能作为一些证据证明普拉托定律的正确性。

5，用铁丝做成下面图中的各种形状以及其它情况，研究最小表面情况

1)螺旋线

2)蝴蝶环

3)立方体

3. 薄膜干涉现象及其扰动

1，研究膜的拉伸压缩等变形情况

把铁丝做成U型，用棉线做顶端，将整个铁丝和棉线浸入到配好的溶液中，拿出来时形成了U型的肥皂膜。向不同方向牵拉棉线可以使得肥皂膜的面积变大变小，同时我们能感受到一定的力的作用。

向外拉时，肥皂膜面积变大，膜厚变薄，有光的干涉现象，通过它我们发现，水向着我们拉的方向对流。

回缩时，肥皂膜面积变小，膜厚变厚，有光的干涉现象，回缩不需要施加力的作用。

2，研究直立薄膜的形状和动态光干涉变化情况（析水，扰动）

将上述U型肥皂膜横向竖直放置，我们可以看到皂膜有色彩灿烂的干涉图像

4秒后，干涉图像明显下移，说明皂膜下方的膜厚增加，水的对流方向向下

8秒后，干涉图像进一步下移，同时发现下方铁丝边缘有水的聚集现象

12秒后下方水聚集现象越来越明显，干涉图像持续下移

16秒后下方析水已经很明显，干涉图像接近铁丝边缘，上方膜层变得非常的薄

20秒后，由于在重力的作用下皂膜中的水逐渐向下析出，使得皂膜上方膜层变得越来越薄，最终破裂，而干涉现象的存在也正好给我们提供了观察这一现象的办法，光的干涉条纹其实反映了膜厚。

4. 油膜实验

1，通过直接滴入和加分散介质滴入的两种方法制备油膜，观察其不同；直接滴入：食用油分散成很小一片。

加分散介质滴入：油膜基本散开铺满水面。

2，观察油膜对水表面波的抑制情况；

油膜会对水表面波产生一定的抑制，使之看起来显得粘稠。

轻轻摇动没有加入油滴的水杯产生的水面的摇晃明显比加了油滴之后的程度大。5. 讨论问题

1.皂膜稳定的主要影响因素是什么？

答：泡径大小：大泡易于破灭，寿命较长的的都是小泡。而且小气泡的泡膜中所含液量相对比较大，所以较能经受液体流失所造成的稳定性的损失。

2.普拉托定理是否正确？

答：正确。

3.举例给出多种复杂形状的薄膜变化情况，以及该种变化是否符合普拉托定理。答：由第二部分可知膜在复杂框架中的变化，由几何学可知符合普拉托定理。

4.仔细描述皂膜析水的整个过程，观察其与干涉颜色变化的关系。

答：皂膜刚形成时在重力的作用下变得上薄下厚，出现多条彩色干涉条纹，随着薄膜析水上部条纹消失，中间条纹不稳定而发生了类似对流的现象，底部仍有条纹。最后大部分膜看不到干涉现象时膜发生破裂。

5.油膜对表面波的作用效果如何？

答：水面油膜的存在能够有效地抑制表面波。