Bellen en bubbels bestaan overal om ons heen. Ze lijken zo gewoon, maar het zijn eigenlijk wonderlijke dingen, die vaak maar enkele seconden stabiel zijn, voordat ze uit elkaar knappen. Nu blijkt er ook nog iets vreemds aan de hand met de temperatuur rond de bellen.
De flinterdunne wand is namelijk vlak na het ontstaan van de bubbel flink kouder dan de omgeving. Bubbels zijn bijvoorbeeld te vinden in frisdrank, in de vaatwasser, in woeste golven in de zee, in het speeksel tussen je tanden en natuurlijk kun je ook flinke zeepbellen maken met bellenblaasspeelgoed en -machines. De chemische en natuurkundige kenmerken van bubbels zijn in allerlei scenario’s de moeite waard om te onderzoeken en dat is precies wat een team van een Parijse universiteit heeft gedaan.
Zij stuitten per ongeluk op een intrigerend natuurkundig fenomeen rondom de zeepbel: de slechts enkele nanometers dikke film is in sommige gevallen tot wel 8 graden Celsius koeler dan de omgeving eromheen, afhankelijk van de verstreken tijd, vochtigheid en hoeveelheid glycerol in het zeepsopmengsel. Dit gegeven kan onder andere van nut zijn bij het inschatten van industriële processen, waar de stabiliteit van bellen van vitaal belang is.
Zepige nanofilm
Het team deed onderzoek naar de manier waarop veranderingen in temperatuur kunnen zorgen voor verdunning, verdikking en verdamping van de vloeistoffilm en kwam tot de verrassende conclusie dat met name vlak na het ontstaan van de zeepbel het temperatuurverschil aanzienlijk is. “Hoewel dit effect al eerder is aangestipt in studies over druppelverdamping, wordt de betekenis van door koeling veroorzaakte verdamping, voor zover wij weten, niet genoemd in de literatuur over zeepbelwanden en zeepschuim”, schrijven de onderzoekers in hun recent gepubliceerde artikel.
8 graden kouder
Om meer te weten te komen over deze zeepbelwanden en -schuimen, wat in wezen ook luchtbellen zijn, stelden de onderzoekers verschillende mengsels samen bestaande uit afwasmiddel, water en glycerol in wisselende verhoudingen. Ze bliezen en analyseerden een grote hoeveelheid zeepbellen bij verschillende temperaturen en vochtigheid. Er traden duidelijke verschillen op in gemiddelde levensduur en verdampingssnelheid. Pas echt interessant werd het toen de wetenschappers ontdekten dat de temperatuur van de zeepbelwanden lager was dan die van de omgeving. In sommige gevallen was het temperatuurverschil tussen de zeepfilm en de omgevingslucht wel 8 graden Celsius. Dit was nog nooit eerder opgemerkt en de onderzoekers waren hier eigenlijk ook helemaal niet naar op zoek.
Van nut in de industrie
“Experimenteel hebben we waargenomen dat de temperatuur eerst daalt en vervolgens stijgt totdat de omgevingstemperatuur weer is bereikt”, schrijft het onderzoeksteam. “De omvang van het koeleffect hangt af van zowel de relatieve vochtigheid als de glycerolconcentratie op het moment dat de zeepbel ontstaat. Hoe lager de waarden van deze twee parameters, des te groter is het verschil in temperatuur.”
Een van de manieren waarop de resultaten van dit onderzoek van nut kunnen zijn, is een betere beheersing van de stabiliteit van bellen in industriële processen. Variaties in temperatuur tussen zeepbelwanden en de buitenwereld zijn van invloed op het chemische proces en moeten dus meegenomen worden in de berekeningen. De oppervlaktespanning en viscositeit (stroperigheid) van de zeepbelwand veranderen, vooral in de eerste periode na het ontstaan van de zeepbel, door dit fenomeen. Het lijkt er bovendien op dat de zepige film niet overal dezelfde temperatuur heeft.
Groot verkoelend effect
Dit is echter pas de eerste studie die hier serieus naar heeft gekeken en er is volgens de auteurs nog veel meer onderzoek nodig voordat de exacte oorzaken van het temperatuurverschil en de invloed van de verschillende variabelen zijn doorgrond. “We hebben een model opgesteld dat de temperatuurdaling van zeepbelwanden beschrijft vanaf het moment van ontstaan. Dit model is in lijn met de uitkomsten van onze experimenten”, schrijven de onderzoekers nog. “We benadrukken dat dit verkoelende effect groot is en zorgvuldig moet worden meegewogen in toekomstige studies over de dynamiek van zeepbelwanden.”
