臺灣國際科展

群魔亂舞的水精靈──探討滴簇在熱水表面的物理現象

科展類別
臺灣國際科展作品
屆次
2021年
科別
物理與天文學
得獎情形
四等獎
學校名稱
國立新竹高級中學
指導老師
黃晟庭
作者
陳麒云
關鍵字
滴簇、霧滴、華

摘要或動機

本研究探討滴簇的性質與行為,高溫穩定水溶液表面上會有一層水霧般的霧滴層,像是平貼飄浮在水面上,此水滴群為「滴簇」。本研究拍攝下熱水表面的滴簇,並使用ImageJ、Python分析滴簇粒徑等性質以建構物理模型。 藉雷射光凸顯滴簇,觀察滴簇的形成與消失過程。利用被雷射打亮的滴簇在水面的倒影,測量滴簇距水高度。滴簇由5~15μm厚蒸氣層撐起漂浮在水面上,水溫越高,蒸氣層越厚。華(繞射光像)半徑取決於水滴粒徑,本研究分析陽光經水面反射通過滴簇形成的華,測量滴簇粒徑10~20μm。由以上實驗推測:滴簇是高溫蒸氣層接觸低溫的室溫空氣凝結成,溫差愈大凝結量越多,粒徑、數量隨之上升。滴簇會因對流、氣流擾動集體離開水面,留下一道滴簇少的空隙,此現象為「絲狀剝離」。滴簇剛形成時粒徑小,吸收水氣後變大,因此絲狀剝離帶上少許滴簇皆是粒徑較小的滴簇。


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