Fluiddynamik: Die Seltsamkeit des Seifenfilms
Der hauchdünne Film, der eine Seifenblase umgibt, ist teils etliche Grade kühler als die Umgebungsluft. Das kann Auswirkungen auf die Stabilität der Blasen haben.
Blasen sind überall. Im Speichel zwischen den Zähnen, in der Schaumkrone auf dem Bier, im Badewasser, im Meer und als Partyspielzeug. Sie faszinieren Kinder und Erwachsene gleichermassen – und auch die Forschung zerbricht sich noch über manche offene Frage den Kopf. Warum sind manche Blasen widerstandsfähiger und platzen später als andere? Forscherinnen und Forscher der Université Paris-Saclay in Frankreich haben die dünne Haut untersucht, die Seifenblasen umgibt und eine faszinierende Entdeckung gemacht: In einigen Fällen ist sie bis zu acht Grad kühler als die Umgebungsluft.
Das hängt offenbar damit zusammen, dass Seifenfilme Energie abgeben, wenn sie durch Verdunstung Flüssigkeit verlieren – ganz ähnlich wie sich auch unser Körper abkühlt, wenn er über den Schweiss Energie an die Umgebung abgibt. Zwar hätten frühere Untersuchungen bereits gezeigt, dass die Verdunstung von Flüssigkeitsfilmen Temperaturveränderungen auslösen und entsprechend eine wichtige Rolle für die Stabilität spielen kann. «Unseres Wissens nach wird die Bedeutung der Verdunstungskühlung in der Literatur über Seifenfilme und -schäume jedoch bislang nicht explizit erwähnt», schreiben die Forscher in den «Physical Review Letters».
In seinen Experimenten erzeugte das Team um François Boulogne Seifenblasen aus einer Mischung aus Spülmittel, Wasser und Glyzerin. Anschliessend massen sie die Temperatur des Seifenfilms unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Die Fachleute stellten fest, dass der Film teils bis zu acht Grad kälter war als die Umgebungsluft. Sie fanden auch heraus, dass der Glyzeringehalt der Seifenhaut diesen Temperaturunterschied beeinflusste, wobei Schichten mit einem höheren Glyzeringehalt höhere Temperaturen aufwiesen.
«Wir konnten experimentell beobachten, dass die Temperatur zunächst abnimmt und dann wieder ansteigt, bis die Umgebungstemperatur wieder erreicht ist», schreiben die Forscher. «Das Ausmass des Kühleffekts hängt sowohl von der relativen Luftfeuchtigkeit als auch von der anfänglichen Glyzerinkonzentration ab, wobei eine Verringerung der Werte dieser beiden Parameter zu stärkeren Effekten führt.»
Anschliessend erstellte das Team ein theoretisches Modell, das den Temperaturabfall von Seifenfilmen ab dem Moment beschreibt, in dem sie sich bilden. «Es stellt eine erste Annäherung an das Problem dar», schreiben die Physiker. «Anspruchsvollere theoretische Entwicklungen, einschliesslich insbesondere des instabilen Zustands, der Rolle der natürlichen Konvektion für grossflächige Filme und der erzwungenen Konvektion, werden Gegenstand künftiger Arbeiten sein.» Das Ergebnis könnte ihrer Einschätzung nach den Herstellern von Seifenblasen dabei helfen, die Stabilität der Blasen besser zu kontrollieren und sie sogar zu erhöhen.
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Titelbild: Shutterstock, Tadija Savic
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