冻梨网气泡(气泡里的有趣科学)

气泡(气泡里的有趣科学)

气泡(气泡里的有趣科学)

气泡是气体在固体或液体表面或内部,以球状或半球状形态存在的形式。随着人们对气泡认识的逐渐深入,揭示出了其中的许多奥秘。


让肥皂泡热过太阳

在阳光下吹大一个个肥皂泡,闪烁着光亮的肥皂泡飞起来,眨眼间又破裂不见。在玩肥皂泡的时候,很少有人想过,肥皂泡在破裂的一瞬间,温度竟然可以高过太阳表面温度的几倍。如今,科学家通过成功的实验证实了这一事实。


肥皂液体被频率为2万~4万赫兹的超声波吹大之后,其中的原子、分子之间彼此碰撞而形成高能粒子,进而形成物质的第四种状态,即等离子态。因此,当肥皂泡猛地收缩时,它的内部会变得非常炽热。肥皂泡破裂的一刹那,温度陡然上升并释放出光子、产生发光现象。由于破裂瞬间产生的高温十分短暂,而且出现于很小的空间,对此时的温度状况无法用温度计直接测量。

而且,普通温度计也不可能测量如此高温的物体。在这种情况下,需要采取对所释光进行分析的方法来测量温度,由此得出肥皂泡破裂时的瞬间温度大约是20000℃,要比太阳表面的温度高出几倍。


科学家在很早之前就在理论上预言了肥皂泡破裂会产生极高的温度,但是一直没有实验的证据。现今,科学家直接测量到了这个温度,并在单个泡沫中观察到等离子体。由于观测到的光来自迅速收缩的泡沫的外表面,据此推测在泡沫表面的内部,温度应该更高。有人推测,瞬间高温说明在肥皂泡中也许发生了特殊情况的核反应,也就是说,一个个肥皂泡就是一个个“人造小太阳”。

让金属“发泡”


“泡沫铝”是一种多孔金属材料,它兼有金属特性和气泡的特性。经过“发泡”处理后的金属铝材,在材料内部充满了空心孔隙结构,从而使材料的密度减小到每立方米300~1000千克,与一般的木材相当。不仅比相应体积的铝材要轻得多,而且可以像木头一样漂浮在水面。

英国剑桥大学的科研人员为了使“发泡”铝材的内部微孔更加符合需要,对新的制造工艺进行研究。方向是制取孔径细密均匀的铝材,使单个孔径为1毫米。斯洛伐克科学院机械材料研究所的科研人员,根据人和动物骨骼内微孔状结构而引发出新奇的构想,通过将这种微孔结构植入铝材之中,开发出了更为新型的“发泡”铝材。

由于“发泡”铝材具有奇异的内部结构,从而成为具有材质轻、强度高、吸音性能好、缓震效果佳、电磁兼容作用显著等特点集于一体的特殊金属材料,应用前还十分喜人。可以用于制造汽车、电梯及传送设备上的耐震部件,还可以用作各种建筑物和交通工具上的隔音材料、耐湿材料、防火材料、耐高温材料和耐氧化材料。


在电子电气设备中可以制造新型散热片和轻型电磁屏障。在航空工业中,“发泡”铝材制造飞机机翼,在飞行时可以减少空气的阻力,提高飞机的安全飞行系数。在建筑工业中,泡沫铝材可以用来制作内外装饰、隔音墙、天花板、门窗、间壁、屏蔽墙等。现在,泡沫铝材的应用领域在不断地扩展。而且,还有越来越多的科学家,关注发泡铝材的研制和开发应用,它的未来前景是十分美好的。

冷水也“沸腾”

1915年的春天,一艘英国鱼雷快艇驶入大西洋进行试航。当舰艇机器以最大转速工作时,航速没有继续增长,而船尾后面却泛起了翻滚的泡沫。与此同时,鱼雷艇开始抖动起来。当试航结束回到基地后,人们发现舰艇的螺旋桨被损坏到破烂不堪的程度。两年之后,著名的英国物理学家瑞利勋爵找到了症结所在:在舰船行进的轨迹中生成大量微小的气泡,这些气泡首先向外膨胀,然后在瞬间向心爆裂。这样一来,所有的能量在极小的范围内集中释放,从而产生很大的破坏力。此后,经科学家的不懈探索,终于弄明白舰艇周围的气泡是由于海水的“冷沸腾”所致。


众所周知,液体的沸腾和所受到的大气压力有关。在一般正常压力情况下,液体在到达沸点温度时便沸腾起来。例如,水在到达100℃沸点时便“开”了,不住地翻滚着气泡。然而,当液体所处的压力条件低于一般正常压力时,在低于沸点温度的情况下,它也要产生沸腾现象。比如,当密闭容器中的水面压力为4毫米汞柱时,水在4℃时就可以沸腾。像这样,液体通过减压而在非一般沸点温度条件下达到的沸腾状态,就是“冷沸腾”。

螺旋桨转动产生的声波在水中传递,可以使水下形成低压区与高压区。“冷沸腾”是液体在低压条件下产生的一种现象,当然在转动的螺旋桨周围也要随时发生。液体在处于“冷沸腾”状态时,整个体积内都在蒸发,生成大量的汽泡,从而使液体内部形成一个个“气穴”。但是,这种“气穴”是不稳定的,在高于形成它的压力条件下,就要在一刹那之间猛然发生凝结而消失。并且在凝结消失过程中,围绕气泡的液体质点以极大的速度互相冲撞,形成高达上万个大气压的强大压力。

据科学家测定,这种压力对于周围的物体,诸如木材、金属、橡胶、塑料、玻璃、混凝土等等,均可以产生极大的破坏力。特别是随着各种装置速度的提高和功率的增加,带来的危害程度也会越来越严重。于是,人们千方百计寻找制服它的办法,例如防止“气穴”的产生或是从液体中去掉溶解在它里面的气体。在内燃发动机等封闭系统中,科学家还找到涂敷防护剂的方法,以保证物体表面不受“气穴”的侵害。

海洋“打嗝”危害大


海洋底部形成的有害气体,会以气泡形式冒出洋面。大量气泡泛滥成灾,会毁灭地球上的绝大多数生命。科学家根据数据资料推断,有史以来,海底有害气体已经将地球生命毁灭数次之多。

研究人员证明,“杀手”是一种个体很微小的细菌。这种细菌只需大量阳光和极少量氧气就能旺盛地生长,并释放出硫化氢气体。这种气体即使浓度很小,也会使生物致命。人们通常将它称为“阴沟臭气”。

究竟是什么原因导致这种有害细菌大量生长呢?科学家认为,很久以前地球发生的火山活动,导致大量:氧化碳释放到空气中,致使海洋温度升高。只要海洋升温,其中的氧气就会散失,而有害细菌则会趁机占据上风。

目前,全球变暖的趋势使得海洋“打嗝”的条件逐渐成熟。当今海洋底部有好几个地方,都出现了释放硫化氢的细菌。对此,科学家们很担心。当然,也须引起全社会人们的足够重视。


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