【李家同】為台灣加油打氣專欄(217)奈米級氣泡的產生

張貼者:2020年9月1日 上午12:57台灣精密工程學會


    我們的水中如果有很多氧氣,這種水用來灌溉農作物,一定會有好處。這篇文章要介紹一家可以產生非常小的氣泡公司,這種氣泡的直徑是100奈米(1奈米是10億分之一米)左右,在1cc的水中,可以放入1億個氣泡。這種氣泡的產生是很有趣的。

 

    氣泡的產生是利用文丘效應,文丘效應請看圖一。

 

圖一

 

    液體從左流到右,左邊管子比較寬,中間有一段會比較細。假設液體是不可壓縮的,在管子小的那一端,液體的流速會變大。管子左邊的壓力是P1,中間的壓力是P2P1一定要大於P2,否則液體的流速不會變大。也就是說,在管子的中間,壓力會減低,壓力一旦低了,對外面就形成了吸力。將氣體從管子的中間吸進去,氣體當然不會溶於水,它會形成氣泡。

 

    這種設備完全是根據文丘效應,文丘效應的理論部分有點複雜,我就不在這裡討論。重要的是,在管子細的部分,壓力會減低,這樣可以使氣體進入。

 

    這個系統有很多參數必須考慮,液體的流速、氣體進入系統管子的直徑、氣體進量的速度、管子細部的大小等等,這些參數如果配合得很好,可以產生微米(1微米是1百萬分之一米)級氣泡。這還是太大了,所以必須使得這些氣泡互撞,如圖二所示。這有如我們將一些珠子互撞,珠子也是會變小的,互撞以後,氣泡的體積會變得更加小,就有了奈米級的氣泡。

 

圖二

 

    有一個問題,那就是氣泡在水中為何不會變大?如果變大了,氣泡就有很大的浮力,浮力會使氣泡上升而脫離水面。氣泡之所以不會變大,乃是因為氣泡會帶電,而且都是帶同樣的電,所以氣泡與氣泡之間仍然保持一個距離。這是一種混合分散的現象。氣泡之所以會帶電,乃是因為它進入水中時,和水有摩擦,因此帶電。

 

    值得大家欣慰的是,我們國家很多農場所用的水是含有大量氣泡的,可見得我們國家的農業越來越科技化,農場也能善用精密科技。當然我們也要感激很多工程師肯下苦功,善用物理的文丘效應。同學們實在應該多讀物理,否則不可能做出這種非常微小的氣泡。有趣的是,這種氣泡是完全看不見的。

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