小小咖啡渍背后竟暗藏玄机阅读答案、小小咖啡渍背后竟暗藏玄机

【长知识】

日常生活中，大家可能都有过不小心把咖啡滴在桌子上的经历，但不知道你有没有注意到这样一个神奇的现象：如果不及时擦掉滴在桌子上的咖啡等。等它干了，桌子上形成的污渍是一个外黑内浅的圆环。

这种现象称为咖啡环效应。

与纯水不同，从某种意义上来说，咖啡、茶等冲泡饮料可以归类为溶液（严格来说，它们是溶液和悬浮液的混合物）。

咖啡的深棕色是咖啡豆经过烘焙和萃取后产生的炭黑物质。咖啡冲泡后，这些物质变成了悬浮在液体中的几个小颗粒。我们不小心滴到衣服或桌子上的咖啡渍的颜色是由小颗粒造成的。

对于大多数普通人来说，咖啡环效应只是日常生活中的一个偶然现象，但在物理学家眼中，其背后却蕴藏着很大的谜团。

不同的蒸发速度导致咖啡环出现

咖啡环效应虽然以咖啡命名，但从广义上讲它应该是溶液在固体表面蒸发时发生的一种科学现象。以咖啡环为代表的可观察到的彩色环的形成过程也比较直观：当溶液滴在桌子或纸上时，液滴蒸发，不形成等比例逐渐缩小的圆圈。它形成一个环形，外面的溶质颗粒较多，里面的溶质颗粒较少。

这是因为当液滴中的水蒸发时，桌面与液体之间的固液界面以及液体与空气表面之间的气液界面之间的相互作用导致水在不同位置的蒸发速率不一致。水滴，进而导致咖啡环的形成。

水在桌子或纸表面与液滴之间的界面处比在液滴与空气之间的界面处蒸发得更快。

这样，水滴中间的水分子就会携带溶质和颗粒到水滴边缘和桌子或纸张上进行补充。最终，水蒸发后，小溶质颗粒积聚在边缘，慢慢变成我们看到的环。

1997年，芝加哥大学物理学家Sidney Nagau和Thomas Witten等研究人员在国际权威期刊《自然》上发表了关于咖啡环效应的学术论文。在这篇文章中，咖啡环效应首次被正式描述。此后，关于如何打破咖啡环效应的科学研究不断涌现。

小发现有大应用

咖啡环效应不仅是生活中一个有趣的小现象，它的出现实际上给人们的日常生产生活带来了一些麻烦和麻烦。例如，打印机喷墨不均匀就是咖啡环效应造成的。

为了解决这些问题，研究人员开始寻找在液滴蒸发后形成均匀固体层的方法。

后来，科学家发现，要解决这个问题，需要改变悬浮颗粒的性质。研究人员发现，不同的颗粒形状可以改变空气和液体界面处薄膜的性质，从而影响这些物质的蒸发过程。

在相同条件下，椭圆形颗粒会改变空气和液体之间的界面。这一研究发现直接揭示了颗粒形状对蒸发的影响，有效指导人们改进印刷和绘画方法。

此外，咖啡环效应在生物领域也“闪闪发光”。在诊断方面，科学家将咖啡环效应与生物传感技术相结合，检测唾液和血液等体液中的生物标志物。基于这项研究，美国范德比尔特大学的研究人员创建了一种快速检测疟疾的生物方法。

不仅如此，咖啡环效应还引起人们的注意，同一溶液中的多种溶质可以根据不同的粒径进行分离。

例如，集中在咖啡环最外侧的颗粒直径最小，集中在咖啡环内侧的颗粒直径较大。科学家利用这一原理实现了有关物质的分离。

英国著名物理学家、数学家牛顿在被苹果砸到头部后开始关注重力，影响了随后几年物理学的发展。也许科学的秘密就隐藏在日常生活中的一些微妙现象中，等待着人们去探索。

下次喝咖啡的时候，如果不小心把咖啡滴到了桌子上，不妨慢慢擦拭干净，并思考一下咖啡环效应的新应用。

（来源：数字北京科学中心）