气泡的表面积的,用r表示气泡半径的话,表面能就是[;4apir^2;]。
这个能量倾向于让气泡缩小消失,就像吹大的气球一松手就会收缩,也同样是表面能的作用。
与表面能竞争的是气化潜热。
表面能向内缩,气化潜热往外膨胀,两者方向相反,所以是竞争天敌。
理解好这一点,才能更好掌握曲率驱动的原理。
在沸点以上,气态的自由能比液态更低,因此液态向气态的转变可以释放与气体体积成正比的自由能[;(4bpi3)r^3;]。
因此总能量能的变化是[;f=4apir^2-(4bpi3)r^3;]。
这个函数在r=2ab的地方取得极大值,这个半径叫做临界半径。
也就是说,如果气泡的初始半径小于临界半径,那么半径越小能量越低,因此气泡就会收缩消失;而如果气泡的初始半径比临界半径来得大的话,那么半径越大能量越低,气泡就会膨胀并且无限地膨胀下去,直到所有的液体都变成气体。
这是曲率驱动原理的关键所在。
过热液体不能沸腾的原因,就是因为其内部缺乏足够大的种子气泡,而所有偶然涨落生成的气泡都因为小于临界半径而不能长大。这时候如果向液体中加入一个超过临界半径的气泡,这个气泡就会不断的膨胀。而且伴随气化的进行,由于相变潜热的释放,这些能量就会推动气泡表面运动越来越快,最后逼近液
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