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科学常识中咖啡渍形成的原因有哪些?

科学常识中咖啡渍形成的原因有哪些?

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2017-01-13

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    在第二个实验里,科学家把咖啡滴在特氟隆上。大家都知道,特氟隆的特性就是“什么都不沾”。因此,滴在特氟隆上面的咖啡,干了后没有留下任何环状污痕。在这个例子里你会推测,关键应该是特氟隆“表面光滑”的特性。
  因此,咖啡渍的形成与所在物体表面的光滑程度也脱不了关系。把这两件因素合在一起,当你用显微镜观察一滴咖啡的变干过程时,会发现里面的水分子是朝边缘移动的。  纳格曾把咖啡里水分子移动的情形比喻成纽约市交通尖峰时的状况。
  要了解咖啡渍形成黑黑一圈的原因,必须深人了解蒸发过程、表面光滑度和水分子移动方向这三件事。如果我们把一滴水放大很多倍,从旁边仔细观察。每一个水滴都不太一样,它的形状与液体表面张力的强弱有关。水滴就好像是把水装在袋子一样,液滴表面的水分子仿佛皮肤般把其他水分子包在里面。
    当你初学表面张力时,学到的是它是由液体分子彼此的吸引力造成的。在水滴中央的水分子,会受到四面八方相邻分子的吸 引,且力的大小都一致。但是在液滴表面的水分子,上方接触的是空气分子而不 是水,因此在这个方向上并没有受到拉力。
  如果温度够高,它有机会飞离液面进 入空气中,但这并不是在这个方向受到拉力。  表面的水分子只会被其他水分子往 下拉。当水龙头漏水的时候,水并不是以微小的水珠连续往下掉,而是有很多小 水珠以表面张力聚拢成一个相当大的水滴,等敌不过重力时才整滴掉下来。
  滴在桌面或地面的咖啡由于大部分都是水,也深受水的表面张力影响。咖啡不会整个摊成一两个分子厚的薄膜,而是会像球那样拱起来停在表面上。  从侧面 看过去就像搭好的单人帐篷,比爱斯基摩人的冰屋稍扁一些。
  在水滴的边缘上, 也就是水滴和平面交会的那一圈水分子是关键:水滴和平面的夹角不会改变,这 是水的基本特性。因此,当水滴接触到空气开始蒸发时会发生什么事?在边缘的水分子飞进空气里,使边缘变得稀薄。
  但是边缘处却不允许这种事发生,因为这会使水滴和表 面接触的角度变小,这是表面张力不允许的情况。  水滴有几个选择可以采用,一 是缩小边缘,稍微退回去一点点,让它与平面的夹角不变。
  但是在一般的表面上 并不会发生这种事,因为粗糙不平的表面已经把水滴周围牢牢固定住了。当然我 不是说你只要把餐台洗得光亮,就不会有环状咖啡渍,因为除了少数特殊材质以 外,物体表面都会布满小小的凹凸起伏。
      因此,在正常的表面上不容许液滴边缘 退缩,液滴边缘等于是给钉住了。这时水滴只有一种选择,就是中心的水分子流 到边缘补充蒸发掉的部分损失。当然,从水滴中心流向边缘的并不是只有水,还包含了所有溶解在咖啡里的物质与漂浮在咖啡里的微粒。
  因此,当水分子全都蒸发掉之后,这些东西全部都留在了边缘上。

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