帘式皂膜的实验原理

帘式皂膜的实验原理

帘式皂膜的实验原理是光的干涉。

帘式皂膜实验，它的实验设备其实很简单，就是由液槽、支架、拉膜杆、拉线以及肥皂水组成。用手向下缓慢拉动拉绳，将横向拉杆缓慢提起，在皂液和横杆之间便会形成皂液薄膜，用蘸了肥皂水的手指碰触时也不会破裂，同时在重力的作用下，形成上薄下厚的劈尖膜，在灯光的照射下，站在边上观察就可以看见皂膜上形成的干涉条纹。这个实验可以说明干涉现象。

光的干涉是指采用分束器将一束单色光束分成两束后，再让它们在空间中的某个区域内重叠，将会发现在重叠区域内的光强并不是均匀分布

具有内扩散影响的宏观反应速率是否一定比微观反应速率低？

化学工程专业
实 验 讲 义
（试用版）
实验二 气固相催化宏观反应速率的测定
一、实验目的
气固相催化反应是在催化剂颗粒表面进行的非均相反应。如果消除了传递过程的影响，可测得本征反应速率，从而在分子尺度上考察化学反应的基本规律。如果存在传热、传质过程的阻力，则为宏观反应速率。测定工业催化剂颗粒的宏观反应速率，可与本征反应速率对比得到效率因子实验值，也可能直接用于工业反应器的操作优化和模拟研究，因而对工业反应器的操作与设计具有更大的实用价值。本实验目的有两项。
（1）了解宏观反应速率的测试方法。
（2）了解和掌握气固相催化反应实验研究方法。 二、实验原理
采用工业粒度的催化剂测试宏观反应速率时，反应物系经历外扩散、内扩散与表面反应三个主要步骤。对工业粒度的催化剂而言，外扩散阻力与工业反应器操作条件有很大的关系，线速度是调整外扩散传递阻力的有效手段。设计工业反应装置和实验室反应器时，一般选用足够高线速度，使反应过程排除颗粒外部传质阻力。本实验测定反应速率，实质上是在排除外部传质阻力后，包含内部传质阻力的宏观反应速率，，能表征工业催化剂的颗粒特性，便于应用于反应器设计与操作。催化剂颗粒通常制成多孔结构以增大其表面积，因此颗粒的内表面积远远大于外表面积，反应物必须通过孔内扩散并在不同深度的内表面上发生化学反应，而反应产物则反向扩散至气相主体，扩散过程将形成内表面各处的浓度分布。颗粒的粒度是内部传递阻力的重要因素，将工业粒度催化剂的宏观反应速率与本征速率相比较，则可以判别内扩散对反应的影响程度。
气固反应过程的实验室反应器可分为积分反应器，微分反应器以及无梯度反应器。其中，尤以内循环无梯度反应器最为常见，这种反应器结构紧凑，容易达到足够的循环量和维持等温条件，因而得到了较快的发展。
实验室反应器，是一种催化剂固定不动的固定床反应器，如反应器进口引入流量为V0的原料气，浓度为CA0，出口流量为V浓度为CAf的反应气。当反应为等摩尔反应时V0=V；当反应为变摩尔反应时，V可由具体反应式的物料衡算式推导，也可通过实验测量。设反应器进口处原料气与循环气刚混合时，浓度为CAi，循环气流量为Vc，则有：
V0?cAO?cAf?cAf?(V0?Vc)cAi ⑴ 令循环比Rc=Vc/V0，得到
cAi?R1cAO?ccAf ⑵ 1?Rc1?Rc当Rc很大时，CAi≈CAf，此时反应器内浓度处处相等，达到了浓度无梯度。经实验验证，当Rc>25后，反应器性能便相当于一个理想混合反应器，它的反应速率可以简单求得：
rA?V0(cAO?cAf)VR
以单位质量催化剂计算的反应速率
rAW?V0(cAO?cAf)W
因而只要测得原料气流量与反应气体进口浓度，便可得到某一条件下的宏观反应速率值。进一步按一定的设计方法规划实验条件，改变温度和浓度进行实验，再通过计算机进行参数估计和曲线拟合，便可获得宏观动力学方程。 三、实验流程
配制好的高压原料气从钢瓶内引出，经过减压稳定阀3控制压力稳定在实验条件，流经净化器4，进入反应器5，当实验对压力要求较高时，反应器前后采用精密压力计测量系统压力。反应后气体经减压稳定阀减至常压后，引入皂膜流量计计量，或引入分析仪器分析气体组成。 四、实验步骤及方法
（1）将称量好的工业颗粒催化剂装入催化剂筐内后，将反应器封好。若反应所用催化剂需经还原才有活性则装入预还原催化剂，或装入未还原催化剂后增加还原步骤。
（2）全系统分段试压试漏（可用氮气）。 （3）开启原料气钢瓶，稳压稳流送入反应系统。 （4）开启反应器温控仪，逐渐升温至实验温度。 （5）使系统稳定2h以上后，测取数据。 （6）改变温度，压力和组成，测取其他点数据。
（7）实验完毕，先使系统降温，再切断气源，然后将系统缓缓泄压。 五、实验数据处理
实验数据记录项目见下表。
实验压力 序号 1 2 温度 大气压 /Pa /℃ /Pa /℃ V/m /s 3气体流量 反应温度 时间气体组成y 进口 出口
六、结果及讨论
（1）根据实验数据，计算出没条件下的宏观反应速率值；
（2）与本反应系统的本征反应速率进行比较，得到效率因子实验值； （3）对实验结果与实验方法进行分析讨论。 七、预习与思考
（1）无梯度反应器属微分反应器还是积分反应器，为什么？此反应器有何优点？ （2）考虑内扩散影响的宏观反应速率是否一定比本征反应速率低？ （3）涡轮搅拌器的作用是什么应该如何确定叶轮的转速？ （4）为何要控制实验稳定一段时间后方能测数据？ 八、主要符号说明
cAO原料气摩尔浓度，mol/m； VR催化剂装填量，m； cAf反应器出口浓度，mol/m； W催化剂质量，kg；
cAi反应器进口处混合浓度，mol/m； rA以单位催化剂体积计算的反应速率mol/(m·h)； Rc循环比； Vo,Vc原料气，循环气流量，m/h；
V出口气体流量，m/h； rAW以单位催化剂质量计算的反应速率，mol/(kg· h)。

求原理 皂膜 为什么会这样 越详细越好 提示：皂膜的表面积最小最好把数学的和物理学的都讲一下

皂膜的特点是粘连且有表面张力作用，所以总是趋向于面积最小的形态。
理想情况下，皂膜有可能只分布于外表面，形成正方体或正四面体，但只要稍有互相粘连，它就在表面张力作用下尽量收缩，自动收缩为最小面积的状态，也就形成了图示中的状态。
不过抱歉，我无法给出定量的数学公式来证明。

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