外加場下肥皂膜的能量耗散

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姓名

凃博閔(Bo-min Tu) 查詢紙本館藏

畢業系所

物理學系

論文名稱

外加場下肥皂膜的能量耗散
(Energy Dissipations in Soap Films under External Fields)

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摘要(中)

藉由不同形式的電磁力作用下，肥皂膜產生各種不同的流場，而這些流場可利用粒子追蹤技術來測量之。在圓形流場下，空氣的速度分佈能以Navier-Stokes 方程式描述，此時我們僅考慮方位角上的速度分量。利用此方程式與雙層膜的實驗，我們能測量出肥皂膜與空氣的速度佈。除此之外，我們利用共振的方式求得每張肥皂膜的厚度。藉由肥皂膜與空氣的速度分佈及膜厚度的測得，能量耗散於肥皂膜與空氣之間的比例得以估計出。其中影響能量耗散的重要因素為〝流場尺度〞與〝頻率響應〞。經由實驗證明，調整此兩因素下，空氣阻力於此實驗系統中仍是有意義的能量耗散現象。

摘要(英)

Several kinds of flows in the soap film is created by different electromagnetic forcing and measured by particle tracking. In circle flow the velocity of air is described well by Navier-Stokes equation with only azimuthal velocity component. Using the equation and double films experiment, the velocity in soap film and air are
measured. Besides, film’’s thickness is measured by resonance method. The ratio of energy dissipation rate in air and soap film is found. The important factors of the effect rate are "injection scale" and "frequency response". Comparison of these rates demonstrates that the air friction is a significant energy dissipation mechanism in the system.

關鍵字(中)

★ 肥皂膜
★ 能量耗散

關鍵字(英)

★ Soap Film
★ Energy Dissipation

論文目次

1.Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
2 Viscous Dissipation of Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2.1 Navier-Stokes equations .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 8
2.1.1 Time-independent Navier-Stokes equations . . .. . . . . . . . . . . .8
2.1.2 Time-dependent Navier-Stokes equations . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Double Films experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Energy dissipation rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 Apparatus and Measurement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1 Experimental Setup and Steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
3.2 Film Thickness Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3.3 Velocity Measurement and Fit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
4 Result and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .22
4.1 Injection scale and Frequency response . . . . . . . . . . . . . . . .22
4.2 Velocity Variation in Two Films by Varying Thickness . . . . . . . . .27
4.3 Single Film's Characters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.4 Hysteresis between (ALF) to (AVF) state . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5 The ratio of energy dissipation rate . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5 Conclusion . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 40

參考文獻

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指導教授

陳培亮(Peilong Chen)

審核日期

2004-7-12

推文