Seife-Filme sind dünne Schichten von Flüssigkeit (gewöhnlich wasserbasiert) umgeben mit dem Flugzeug. Zum Beispiel, wenn zwei Seifenblasen im Kontakt hereingehen, haben sie sich verschmolzen, und ein dünner Film wird zwischen geschaffen. So wird Schaum aus einem Netz von durch Plateau-Grenzen verbundenen Filmen zusammengesetzt. Filme werden als Mustersysteme für minimale Oberflächen verwendet, die in der Mathematik weit verwendet werden.

Stabilität von Seife-Filmen

Täglich zeigt Erfahrung, dass Seifenblase-Bildung mit Wasser oder mit jeder reinen Flüssigkeit nicht ausführbar ist. Wirklich ist die Anwesenheit von Seife, die zusammengesetzt wird, an einer molekularen Skala von surfactants notwendig, um den Film zu stabilisieren. Den größten Teil der Zeit sind surfactants amphiphile, was bedeutet, dass sie schizophrene Moleküle mit einem hydrophoben und einem wasserquellfähigen Teil sind. So werden sie bevorzugt an der Schnittstelle der Luft/Wassers eingeordnet (sieh Abbildung 1).

Surfactants stabilisieren Filme, weil sie eine Repulsion zwischen beiden Oberflächen des Films schaffen, es davon abhaltend, dünn zu werden und folgenreich zu platzen. Das kann quantitativ durch Berechnungen in Zusammenhang mit dem Trennen des Drucks gezeigt werden. Die Hauptrepulsionsmechanismen sind steric (der surfactants kann sich nicht verflechten), und elektrostatisch (wenn surfactants beladen werden).

Außerdem machen surfactants den Film stabiler zu Dicke-Schwankungen wegen der Wirkung von Marangoni. Das gibt eine Elastizität der Schnittstelle: Wenn Oberflächenkonzentration an der Oberfläche nicht homogen verstreut wird, werden Kräfte von Marangoni dazu neigen, die Oberflächenkonzentration wiederzuhomogenisieren (sieh Abbildung 2).

Sogar in die Anwesenheit, surfactants zu stabilisieren, dauert ein Seife-Film für immer nicht. Wasser verdampft mit der Zeit, und das hängt von der Feuchtigkeit der Atmosphäre ab. Außerdem, sobald ein Film nicht vollkommen horizontal ist, die flüssigen Flüsse zum Boden wegen des Ernstes und der Flüssigkeit wächst am Boden an. Oben, der Film thins und die Brüche.

Wichtigkeit von der Oberflächenspannung: minimale Oberflächen

Aus einem mathematischen Gesichtspunkt werden Seife-Filme als minimale Oberflächen betrachtet. Sieh zum Beispiel die ungefähre numerische Methode für die minimale Oberflächenform-Entdeckung an der Gestreckten Bratrost-Methode. Oberflächenspannung, die die Energie misst, musste eine Oberfläche schaffen tatsächlich handelt als eine physische Oberfläche minimizer: Da Energie zur Seife-Filmoberfläche proportional ist, deformiert der Film, um seine Oberfläche und, so seine Energie zu minimieren.

Abhängig von der Unterstützung des Seife-Films nimmt der Letztere dann natürlich die minimale Oberfläche. Auf einer flachen Unterstützung ist der Seife-Film gewöhnlich flach. Aber, auf mehr komplizieren Unterstützung, sie nimmt die minimale erreichbare Oberfläche.

Farben eines Seife-Films

Die irisierenden Farben eines Seife-Films werden durch das Einmischen von (innerlich und äußerlich) widerspiegelte leichte Wellen verursacht und werden durch die Dicke des Films bestimmt. Dieses Phänomen ist nicht dasselbe als der Ursprung von Regenbogen-Farben (verursacht durch die Brechung des innerlich widerspiegelten Lichtes), aber ist eher dasselbe als das Phänomen, das die Farben in einem Ölteppich auf einer nassen Straße verursacht.

Drainage eines Seife-Films

Wenn surfactants gut gewählt werden und die Atmosphäre kontrolliert wird (Feuchtigkeit, Luftbewegungen...), kann ein horizontaler Seife-Film eine echte lange Zeit (zwischen Minuten und Stunden) dauern. Im Gegenteil wird ein vertikaler Seife-Film dem Ernst unterworfen, und so neigt die Flüssigkeit dazu, abzufließen, den Seife-Film zum dünnen oben verursachend. Da die Farbe von der Dicke abhängt; es ist für die Einmischungsfransen verantwortlich, die an der Oberseite von der Abbildung 4 gesehen werden können.

Das Bersten eines Seife-Films

Wenn ein Seife-Film nicht stabil ist, endet er durch das Bersten. Ein Loch wird irgendwo im Film geschaffen und öffnet sich sehr schnell. Oberflächenspannung führt tatsächlich, um Minimierung zu erscheinen und so disappeance zu filmen. Das Loch operture ist nicht sofortig und wird durch die flüssige Trägheit verlangsamt. Das Gleichgewicht zwischen beiden Kräften (Trägheit und Oberflächenspannung) führt zur öffnenden Geschwindigkeit:

wo die flüssige Oberflächenspannung ist, die flüssige Dichte ist und die Filmdicke ist.

Spaß

Riesiger Film