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'''皂膜'''（Soap films）是由液體（多半是水基液體，例如[[肥皂]]液）在空氣中形成的薄膜。例如兩個[[肥皂泡]]接觸時，兩個肥皂泡會融合成一個，而在中間形成薄膜。[[泡沫]]就是由許多皂膜，依[[普拉托定律]]連接成的網路。皂膜有兩層表面，由於表面張力，皂膜會使表面面積最小<ref name="Avison2014">{{cite book|author=John Avison|title=The World of Physics|url=http://books.google.com/books?id=DojwZzKAvN8C&pg=PA161|date=November 2014|publisher=Nelson Thornes|isbn=978-0-17-438733-6|pages=161–}}</ref>。皂膜可以用來成為[[極小曲面]]的模型，常用在數學中。

== 穩定性 ==
[[File:SchemeSoapFilm.png|left|thumb|圖1：皂膜兩面上表面活性剂的組織]]
[[File:MarangoniInSoapFilms.png|thumb|圖2：因為表面活性剂集中產生的[[馬倫哥尼效應]]。箭頭表示力的方向]]

從日常經驗可以看出，在水或是純液體中不太容易讓泡沫持續存在。而肥皂的成份有[[表面活性剂]]分子，可以穩定肥皂泡。表面活性剂多半會是[[两亲分子]]，其中有[[疏水性]]的部份及[[親水性]]的部份，會在空氣/水的介面上排列（見圖1）。

表面活性剂會讓皂膜的二層表面之間有排斥力，讓皂膜不會變薄破裂。可以透過有關{{link-en|分離壓|disjoining pressure}}的計算來量化其效果。主要的排斥機制是[[位阻效应]]（表面活性剂無法交錯）及靜電力（若表面活性剂有帶電的情形）。

若皂膜的厚度有波動時，靠著著表面活性剂的[[馬倫哥尼效應]]也會使皂膜穩定。因此皂膜介面有一些可撓性。若上面的表面張力沒有均勻分佈，會透過馬倫哥尼效應使表面張力均勻分佈（見圖2）。

不過就算存在有穩定效果的表面活性剂，皂膜仍無法永久存在不破裂。水會慢慢蒸發（速率因著空氣中濕度而不同）。而且只要皂膜不是完美的水平配置，其中的液體會因為重力而往下方流動，漸漸累積到下方，最後皂膜的上方會變薄，最後破裂。

== 表面張力的影響：极小曲面 ==

以數學的觀點來看，皂膜可以視為是[[极小曲面]]。<!--s. See for instance the approximate numerical method for minimal surfaces form finding at {{link-en||Stretched grid method|Stretched grid method}}.-->[[表面张力]]是量測形成表面需要的能量，會將表面極小化，因為表面能量和皂膜面積成正比，皂膜會變形使其表面極小，因此也使其能量極小<ref name=Ball61>Ball, 2009. pp. 61–67</ref>。

皂膜的形式會依照支持方式而變化。若在平的表面上，皂膜一般也會是平的，不過若是支持的物體形狀較複雜，皂膜會變形，使其表面達到極小曲面<ref name=Ball61/>。

== 顏色 ==

[[File:thinfilmbubble.jpg|thumb|left|圖3：皂膜的薄膜干涉。最上方金黃色的部份是皂膜最薄的位置，甚至其中有幾個小的黑點]]

皂膜的[[彩虹色]]是因為皂膜兩層表面[[干涉 (物理学)|干涉]]光波所造成，此現象稱為[[薄膜干涉]]，會因皂膜的厚度而定。此現象的原理不是因為形成[[彩虹]]的[[折射]]造成，比較類似油污在水上產生的彩虹色。

==水份流動的影響==

若選擇適當的表面活性剂<ref name=Ball61/>，適當的控制大氣濕度及空氣的流動，水平的皂膜可以維持幾分鐘其至到幾小時。不過，垂直的皂膜會因為重力影響使水份往下流，使上方的皂膜變薄。皂膜顏色隨厚度而變化，因此垂直皂膜上方的顏色會和下方不同。

[[File:GenerationSoapFilm.jpg|thumb|upright|圖4：垂直的皂膜]]

==破裂==
若皂膜不穩定，最後則會破裂。在皂膜某處會有破洞，之後破洞會迅速擴大。[[表面张力]]會使得表面極小化，因此皂膜最後會消失。破洞的出現會被液體的慣性所減慢。慣性力的平衡以及表面張力會產生以下的開口速度（opening velocity）<ref>{{cite article |title=Comments on a Ruptured Soap Film | last1=Culick|first1=F.E.C. |authorlink1= |last2= |first2= |journal=Journal of Applied Physics |volume=31 |issue=6  |date= |year= 1960|month= |origyear= |publisher= |location= |isbn= |oclc= |doi= |id= |page=1128–1129}}</ref>：
<math>V=\sqrt{\frac{2\gamma}{\rho h}}</math>

其中
:<math>\gamma</math>為液體表面張力
:<math>\rho</math>為液體密度
:<math>h</math>為皂膜厚度

==参见==
*[[肥皂泡]]
*[[薄膜干涉]]
<!-- *皂膜干涉现象 -->
==參考資料==
{{reflist}}

* {{cite book | title=Shapes. Nature's Patterns: a tapestry in three parts | publisher=Oxford University Press | author=Ball, Philip | year=2009 | pages=61–67, 81–97, 291–292 | isbn=978-0-19-960486-9}}

==外部链接==
*[http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB20021104 皂类液膜振荡器] {{Wayback|url=http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB20021104 |date=20201020001410 }}，物理化学学报
*[https://zhuanlan.zhihu.com/p/45449373 如何吹出完美泡泡？并选入知名期刊？ ]

[[Category:极小曲面]]