鸡蛋壳里的薄膜是否会让水渗透
在薄薄的蛋膜上,有许多微孔,这个孔能让细小的水分子通过并进入蛋中,但较大的蛋液分子却不能通过,是一层“半渗透膜”。
如何探索鸡蛋的渗透作用?
下用介绍一下用鸡蛋做的渗透作用的实验,一些同学可能知道:用肠衣、萝卜皮、猪膀胱和火棉胶也可以做这个实验,但用鸡蛋做该实验,在以下两方面都有改进:
1.用鸡蛋壳做实验可以说是废物利用,处处都有,不像肠衣、猪膀胱那样不易得到。
2.鸡蛋壳内的那层薄膜是一种效率很高的半透膜,所以本实验所用的蔗糖溶液比较稀,可以节省蔗糖。
实验步骤:
1.用锋利的小刀在鸡蛋大头的一端挖出一个小圆洞,洞的大小以能在洞内插进一根细玻璃管为宜,然后让鸡蛋内的蛋白和蛋黄从小洞中流出来(用碗接受后,可供食用,以免浪费)。
2.把鸡蛋壳小的一头(约占整个鸡蛋壳面积的1/3)泡在6摩/升盐酸中,把这1/3的蛋壳溶解掉,使它只剩下一层薄膜。小心地用滴管慢慢地将5%蔗糖溶液(里面加几滴红墨水以染成红色)加到鸡蛋壳内,直到加满为止。把一支长20厘米的细玻璃管插在蛋壳上的小圆洞内,再把熔化的石蜡滴在玻璃管与蛋壳的接缝处,使它完全密封。
3.找一个大小合适的玻璃杯或玻璃瓶,在里面装满清水,把装满蔗糖溶液和带有玻璃管的鸡蛋壳全放在玻璃杯(瓶)上,使蛋壳能卡在杯口,而薄膜部分则完全浸在水中。
不久,你会发现红色的蔗糖溶液慢慢地在玻璃管内上长,几个小时以后,溶液就会溢出管口,说明玻璃杯中的水已经渗透到鸡蛋壳里面了。
注意,本实验所用的鸡蛋也必须是新鲜的,不能用经石灰(或水玻璃)处理过的鸡蛋。
把一个鸡蛋放到万米深的海底会是什么情况?
鸡蛋问题那么多。预计10月份会有一系列关于鸡蛋力学的视频。请注意他们。针对这个问题,一万米水深的高压会不会把薄薄的蛋壳压碎?一切让数据说话。
1.万米深海环境参数
在地球上,海洋的平均深度为3700米,能达到10000米深度的海洋并不多。最深的是著名的亚纳海沟,马里,最近的测量记录为11040.41米
在一万米深度的环境中,不仅阳光达不到底部,而且由于水压的存在,压力变得非常大。根据流体力学中的水压计算公式,可以得出水深10000米处的水压约为100MPa。这种水压对人体来说肯定是无法承受的,有些金属实体是可以承受的。实际上,100兆帕对于普通金属来说是微不足道的。
2.鸡蛋的力学模型
蛋壳不是金属,承载能力肯定远不如金属。那么它能承受100MPa的静水压力吗?我发现了一些信息。江苏大学的一些人对鸡蛋做了研究。他们做了静态测试,得到了下面的曲线。所以鸡蛋的最大受力在50n1以下。但是这个学生显然不是搞力学的,也没有画出关键的应力-应变曲线(只是力的单位是N,应力的单位是Pa)。
根据他文章中对实验的描述,他只是用压头压了一下鸡蛋,然后记录下受力情况。在蛋的肚子里,如下图。黄圈的面积为a,所以鸡蛋的极限压应力可以计算为1.14MPa,我们假设鸡蛋的腹部半径为2cm,厚度为0.35 mm,这是一个保守的估计,因为它靠近压力头,压力头是损坏的危险部位,鸡蛋内有蛋液。因此,取系数1.5,蛋壳的极限压应力约为0.76MPa。
3.讨论结果
一般情况下蛋壳内压与外压是平衡的,即有1个大气压的内压。外压100MPa,荷载形式如下。
结果如下:最大应力为393兆帕,远远超过鸡蛋的极限应力。这个应力值甚至超过了普通金属的承载能力。
4.模型的缺点
上面的计算模型有一个明显的缺点:蛋壳的紧密度。在上面的计算中,假设蛋壳是密封的,海水不会侵蚀到蛋壳里。这样会造成内外巨大的压力差,从而压坏鸡蛋。一个真正的鸡蛋怎么密封?蛋壳的结构是一种生物结构。从微观来看,有很多空隙。由于透气性的要求,显然不可能密封生物结构。
所以当一个鸡蛋在一万米的深度时,水会渗透到鸡蛋里面,这样里面和外面的压力差就会小很多。如果时间足够长,内外压力将与100兆帕完全相同。此时蛋壳的极限应力不能用1MPa的宏观值来表征。此时蛋壳的主应力为100MPa。这种压力是否超过蛋壳的微观能力还不得而知。5.摘要
鸡蛋在水深一万米以下,受到100MPa的水压就会被压碎。但如果鸡蛋落地的过程很慢,海水会渗入鸡蛋内部,此时鸡蛋是否被压碎,需要从蛋壳分子结合能的角度进行分析。
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