國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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酒的眼淚

酒為什麼會流眼淚呢?

※器材:高腳杯、酒精、食用色素

操作過程與現象

這個實驗相當簡易,只需要一杯酒就可以進行實驗觀察。

首先拿一杯高酒精濃度的紅酒(或者使用實驗用的酒精再加一滴食用色素),倒入高腳杯中,然後稍微搖晃一下,靜置。仔細觀察高腳杯的杯壁,在液面上方約一公分高處,可以看到一層霧狀的凝結,並且逐漸形成液滴,如圖一。形成的液滴會凝結變大掉下來,滴回液面。如此反覆進行,有如一直在流眼淚。

 

觀看實驗影片(7.6M)

原理

本實驗的現象,被稱為「酒淚」(wine tears)或「酒腿」(wine legs),也就是所謂的「掛杯」現象(參考資料1)。19世紀的英國物理學家詹姆斯-湯姆森(James Thomson),於在1855年發表論文(參考資料2)觀察葡萄酒和其它酒類表面的一些奇特運動,認為掛杯是一種由液體表面張力作用引起的「熱毛細對流」(thermocapillary convection)。十年後,1865年義大利物理學家卡羅-馬蘭哥尼(Carlo Marangoni)深入解釋了酒的眼淚與其他相關現象,之後被稱為「馬蘭哥尼效應」(Marangoni effect) (參考資料3)。後來美國物理學家威拉德-吉布斯(Willard Gibbs)進一步豐富和發展了馬蘭哥尼的學說,因此有時也稱為「吉布斯-馬蘭哥尼效應」(Gibbs-Marangoni effect)。

本實驗的原理是:酒倒入杯子中時,酒精水溶液會沿著杯壁往上爬升成為「」形(新月形,meniscus),此現象的原因是玻璃分子與水分子之間的吸引力(附著力)大於水分子之間的吸引力(內聚力)(參考資料4)。其次,沿者杯壁上升的酒精水溶液的體積很小,相對於杯中的水平液面,有相對較高的表面積,因此酒精(乙醇)的蒸發速度更快(如圖二),由於酒精的蒸氣壓大於水,更容易蒸發,因此杯壁上緣的酒精濃度,低於水平液面的酒精濃度。此造成杯壁上緣的表面張力(γ),大於水平液面的表面張力(註:酒精濃度越高,表面張力越小)。當表面張力的差異產生後,流體會由表面張力小的往表面張力大的方向流動(如圖三),因此酒精水溶液會一直往杯壁上方累積,形成淚滴狀,淚滴累積到某個程度,就會因為重力而流下來了。

 

叮嚀的話

1.本實驗酒精(乙醇)的含量越高,淚滴的形成會越明顯。一般的藥用酒精,濃度約95%(再滴入紅色食用色素),效果就相當明顯。

2.在教學上可以指導學生探究與實驗以下問題:(1)配製不同濃度的酒精水溶液,比較淚滴形成的差異性為何?(2)實驗不同的水溶性溶劑,例如:丙酮、甘油(丙三醇)、甲醇等等,淚滴形成的差異性為何?(3)為什麼流體會由表面張力小的往表面張力大的方向流動?有沒有其他實驗可以呈現與說明此現象?(註:相關實驗有一杯水的表面灑一些滑石粉或胡椒粉,滴一小滴清潔劑或洗碗精到水面中央,粉末會速迅被拉往四周)

參考資料

1.聚酒薈:葡萄酒的"眼淚"—掛杯。http://www.my5y.com/Wine-Encyclopedia/Tastingskill/201203/22.html

2.James Thomson (1855). On certain curious motions observable on the surfaces of wine and other alcoholic liquours. Philosophical Magazine10 , 330-333.

3. Costa, B. (2015). Tears of wine and the Marangoni effect. COMSOL Blog. https://www.comsol.com/blogs/tears-of-wine-and-the-marangoni-effect/

4.科技部高瞻自然科學教學資源平台:附著力,科學Online。 http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=27460

5.YouTube影片:https://www.youtube.com/watch?v=tgrTbvSnE50