Physik von Kaffeeflecken erklärt
Kaffeeflecken mag banal erscheinen, aber sie sind tatsächlich eine interessante Besonderheit der Physik.
Jetzt entdeckten Forscher eine überraschende Wendung, die unser Verständnis von wie diese Flecken Form ändert. Es stellt sich heraus, dass Flüssigkeiten, wie Kaffee, die von sphärischen Partikel trocken anders als Flüssigkeiten mit mehr länglichen Teilchen bestehen, haben Wissenschaftler herausgefunden.
Bei Kaffee, jedes Teilchen oder Büschel von Molekülen ist etwa ein Mikrometer (ein Millionstel eines Meters) breit, die etwa 10.000-Mal größer als individuelle Kaffee Moleküle Forscher sagten.
Ein Tropfen Kaffee trocknet, verdunstet Flüssigkeit effizienter von der Tropfen dünneren Kanten. Dann fließt die Flüssigkeit in der Mitte nach außen, die Kanten, die Schwebstoffe mit sich tragen wieder aufzufüllen. Diese sind dann hinter sich gelassen in einem Ring um die Kanten des Tropfens wenn das Wasser verdampft ist, verlassen die verräterischen dunklen Halo am Rand der Tropfen, mit lichtdurchlässiger Center auf den Fleck. [Video - trotzt der Schwerkraft Flüssigkeitstropfens]
Forscher davon ausgegangen, dass Partikel, die länglichen, anstatt kugelförmig, waren ähnlich verhalten würde. Zu ihrer Überraschung fanden sie stattdessen, dass längliche Teilchen sind in der Regel sehr viel stärker als sphärische Partikel verklumpen. Diese Verklumpung behindert den Fluss der Flüssigkeit von der Mitte eines Tropfens an den Rand, damit der Feststoff gleichmäßiger als die Tropfen trocknet verteilen und hinterlässt ein sogar Fleck ohne den Ringeffekt.
"Ich denke, die Leute sind sehr überrascht, dass nur die Form der Partikel ändern ohne die Chemie, wir in der Lage sind, diesen Effekt zu vermeiden", sagte University of Pennsylvania Doktorand Peter Yunker, der die Studie leitete.
Die Enthüllung könnte von Interesse jenseits der Physik-Gemeinschaft sein.
"Es gibt eine Menge sehr elegant Physik in vielen Alltagsgegenständen," sagte Yunker LiveScience. "Es gibt auch viele praktische Anwendungen, die aus einige sehr grundlegende Physik kommen."
Beispielsweise könnte die Kaffee-Fleck-Entdeckung Macher von Farbe und Tinte, helfen, die gehen oft auf große Längen zu verhindern, dass ihre Produkte trocknen ungleichmäßig ohne Zugabe von extra festen Lösungsmittel.
"Wir waren wirklich daran interessiert, zu verstehen, was wir tun können, um den Kaffee-Ring-Effekt zu vermeiden", sagte Yunker.
"Im Inkjet-Patronen, die Tinte kostet mehr als teure Champagner pro Volumen," hinzugefügt Yunker. "Wenn wir den Feststoffgehalt im Inkjet-Tinte um einen kleinen Betrag reduzieren, könnten wir möglicherweise die Kosten durch eine große Menge verringern."
Die Feststellung ist detailliert in der morgigen (Aug. 18) Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.