Wissenschaftliche Bedienungsanleitung zum Blasen von Seifenblasen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Guo Fei (Yantai-Universität)

Hersteller: China Science Expo

Bunte Seifenblasen, die durch die Luft fliegen, sind wahrscheinlich eine Kindheitserinnerung, die jeder hat.

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Tatsächlich ist die Entstehung von Blasen nicht nur im Alltag ein weit verbreitetes Phänomen, sondern betrifft auch die Entstehung und Beseitigung von Blasen in vielen Industriebereichen. Darüber hinaus kann der Umgang mit diesen winzigen Blasen auch ein wichtiges Bindeglied in der Branche sein. Dies weckt auch bei Wissenschaftlern ein kindliches Interesse an Blasen.

Der heutige Artikel geht dem Geheimnis der Seifenblasen auf den Grund und zeigt Ihnen, wie Sie auf wissenschaftliche Weise Seifenblasen machen können!

Makrofotografie von Seifenblasen von Pashminu

(Bildquelle: Wikipedia)

Dich zu lieben, dich zu hassen ist schlimmer als dich zu studieren

Die Entstehung von Blasen ist ein natürliches Phänomen, an das wir gewöhnt sind. Tatsächlich sind Blasen jedoch ein wichtiger Faktor, der die Qualität von Industrieprodukten beeinflusst.

Beispielsweise entstehen beim Galvanisieren einer Metalloberfläche im Verlauf des Prozesses häufig zahlreiche Blasen in der Nähe der Beschichtungsoberfläche. Daher muss der Formel ein bestimmter Entschäumer hinzugefügt werden, um Porenfehler in der Beschichtung zu vermeiden. Ähnlich verhält es sich mit dem Schmelzprozess von Metall und Glas. Darüber hinaus hoffen wir, Blasen zu unterdrücken und die Entstehung qualitätsbeeinträchtigender Poren in Metallgussteilen oder Glasprodukten zu minimieren.

Porosität in Gussteilen, von Orion Lawlor

(Bildquelle: Wikipedia)

Blasen können nicht nur bestimmte Branchen beeinträchtigen, sondern auch zu Problemen für die Menschen führen.

Auf der Oberfläche natürlicher Gewässer mit geringer Fließfähigkeit, wie beispielsweise Seen, beobachten wir häufig, dass große Mengen Schaum schwimmen. Diese Schäume sind reich an Tensiden und brechen daher nicht so leicht. Sie schwimmen auf der Wasseroberfläche und haben eine starke Adsorptionswirkung auf im Wasser schwimmende Schwebstoffe und Mikroorganismen.

Diese Blasen sind nicht so harmlos, wie sie erscheinen. Tritt dieser Schaum zufällig über einem verschmutzten Gewässer auf, setzt er beim Zerplatzen eine große Menge Aerosole in die Umgebung frei, was zur Verschmutzung des umliegenden Seegebiets führt. Daher besteht der erste Schritt bei der Abwasserbehandlung häufig darin, den auf der Oberfläche schwimmenden Schaum zu bergen.

Ein verschmutzter Fluss in Südkalifornien, USA, mit deutlich sichtbarem weißem Schaum

(Bildquelle: Wikipedia)

Blasen sind oft unser Problem, aber manchmal können sie auch unsere Freunde sein.

Im Gegensatz zu Entschäumern sind Schaummittel Chemikalien, die absichtlich große Mengen Gas produzieren. Beispielsweise entstehen im Produktionsprozess bestimmter Kunststoffe durch Schaummittel zahlreiche, gleichmäßig große Löcher in Kunststoffprodukten. Diese Löcher können die Dichte des fertigen Produkts erheblich reduzieren, wodurch die Kosten gesenkt und das Benutzererlebnis erleichtert wird. Darüber hinaus können viele Poren die Wärmeausbreitung blockieren, weshalb die Dämmschicht der Außenwand eines Hauses häufig aus Schaumstoff besteht. Gärung bei der Herstellung von Gebäck und aufgeschäumte Sahne sind häufige Anwendungsgebiete von Blasen im Leben.

Da Blasen so häufig vorkommen und einen erheblichen Einfluss auf Produktion und Leben haben, begannen Wissenschaftler bereits vor Hunderten von Jahren mit der Untersuchung von Blasen. Mathematiker verwenden Blasen, um die Beziehung zwischen dem Volumen und der Oberfläche von Objekten im Raum zu untersuchen, beispielsweise den maximalen Bauraum unter derselben Oberfläche. Chemiker untersuchen die chemischen Eigenschaften von Blasen und entwickeln beispielsweise neue Tensidkomponenten. und Physiker versuchen, das Verhalten von Seifenblasen zu beschreiben, etwa ihre Verdampfung und ihr Platzen.

Der Wasserwürfel mit Blasen-Designelementen von Charlie Fong

(Bildquelle: Wikipedia)

Neue Entdeckung von Seifenblasen: Werden Menschen in der Lage sein, „perfekte Seifenblasen“ zu pusten?

Kürzlich entdeckte ein Team französischer Wissenschaftler einige neue Verhaltensweisen von Seifenblasen. Es erzeugt sogar die Art von „perfekten Blasen“, die Sie sich wünschen, die groß und schwer zum Platzen zu bringen sind.

Bevor wir besprechen, wie man stabile Blasen erzeugt, wollen wir uns zunächst mit der Frage befassen: Warum platzen Seifenblasen irgendwann?

Unter normalen Umständen platzen Seifenblasen unweigerlich, nachdem sie entstanden sind. Dies liegt daran, dass Seifenblasen im Wesentlichen aus einem dünnen Flüssigkeitsfilm bestehen, der nach seiner Entstehung auf natürliche Weise verdunstet. Mit fortschreitender Verdunstung wird das Material auf der Oberfläche des Films immer weniger und irgendwann kommt der Moment, in dem an der ursprünglich vollständigen Seifenblase Schwachstellen auftreten, die zum Platzen der gesamten Blase führen.

In früheren physikalischen Modellen zur Beschreibung des Verhaltens von Seifenblasen gingen Wissenschaftler im Allgemeinen davon aus, dass die Temperatur der Seifenblasen der Temperatur der Umgebung entspricht. Doch diese Studie französischer Wissenschaftler ergab, dass diese Annahme nicht zutrifft.

Sie stellten fest, dass beim Verdunsten von Seifenblasen die Oberflächentemperatur nicht mit der Umgebungstemperatur übereinstimmt, sondern deutlich abfällt und dass der Temperaturunterschied mit der Zusammensetzung der Seifenblasenlösung variiert. In extremen Fällen kann die Temperatur auf der Oberfläche von Seifenblasen 8 °C niedriger sein als die der Umgebung.

Können wir nun, da wir diese wichtigen Informationen beherrschen, problemlos Blasen erzeugen, die schwerer zum Platzen zu bringen sind? Tatsächlich sind die Forschungsergebnisse französischer Wissenschaftler weit davon entfernt, ein mathematisches Modell für die Stabilität von Seifenblasen zu etablieren. Im Gegenteil, einige ihrer experimentellen Schlussfolgerungen haben das Modell komplizierter gemacht.

Einfach ausgedrückt zeigt uns die Forschung französischer Wissenschaftler auch, dass die Vorhersage, wann Seifenblasen einer bestimmten Zusammensetzung platzen, ein sehr schwieriges Problem ist. Neben der Berücksichtigung der Verdunstung bei unterschiedlichen Temperaturen kommt noch der Einflussfaktor der Schwerkraft hinzu. Denn die Schwerkraft ist der Hauptgrund dafür, dass die Flüssigkeit im Seifenblasenfilm nach und nach nach unten wandert, wodurch die Oberseite des Films dünner wird und platzt.

Bei -7°C gefrorene Seifenblasen, von Larry-Pilot,

(Bildquelle: Wikipedia)

Formel der Seifenflüssigkeit „Perfect Bubble“ enthüllt

Viele Menschen haben vielleicht schon einmal versucht, Seifenblasenlösung selbst herzustellen. Wenn sie es jedoch einmal versuchen, werden sie feststellen, dass es keine leichte Aufgabe ist, große, zahlreiche und langlebige Blasen herzustellen.

Wenn die Seifenblasenlösung einfach Seifenwasser oder Spülmittelwasser ist, entsteht zwar sehr reichhaltiger Schaum, es ist jedoch schwierig, die Blasen größer zu machen, und die Blasen platzen schnell. Daher verfügen die Anbieter von Seifenblasenspielzeug über einen gewissen Wettbewerbsvorteil und die geheime Formel ihrer Seifenblasenflüssigkeit birgt tatsächlich viele Geheimnisse.

Kinder pusten Seifenblasen

(Bildquelle: Wikipedia)

Obwohl es für Wissenschaftler schwierig ist, ein mathematisches Modell für die Stabilität von Seifenblasen zu erstellen, haben die französischen Wissenschaftler, die dieses Experiment leiteten, auch eine von ihnen entwickelte Formel für Seifenblasenflüssigkeit für uns vorbereitet. Mit dieser Formel lassen sich Seifenblasen nicht nur problemlos auf eine Größe von über 5 cm Durchmesser aufblasen, sondern halten auch etwa 1 Stunde!

Das Rezept enthält 40 ml Geschirrspülmittel, 100 ml Glycerin, 1 Gramm Guarkernmehl und 1 Liter Wasser. Wenn Sie Kinder mit diesen Materialien zu Hause haben, möchten Sie vielleicht dieses Rezept für Seifenblasenflüssigkeit aus einer führenden Physikzeitschrift ausprobieren!

Quellen:

【1】Die Physik hinter der Bildung einer dauerhaften Seifenblase

https://arstechnica.com/science/2023/01/the-physics-behind-building-an-enduring-soap-bubble/

【2】Messung der Temperaturabnahme in verdampfenden Seifenfilmen

https://arxiv.org/pdf/2212.07104.pdf

【3】Warum erzeugt schäumendes Händedesinfektionsmittel schon beim einmaligen Drücken Schaum?

https://k.sina.com.cn/article_5104880035_1304649a3019018m71.html

【4】Die Haltbarkeit von Latte-Milchschaum und Sahneschaum hängt mit dem Konsolidierungsprinzip und der Temperatur zusammen.

https://m.gafei.com/views-130207

【5】Blasen erleben eine unerwartete Kälte

https://physics.aps.org/articles/v15/s173

Herausgeber: Guo Yaxin