氣泡里的妙趣

竇光宇

氣泡是氣體在固體或液體表面或內(nèi)部，以球狀或半球狀形態(tài)存在的形式。隨著人們對氣泡認(rèn)識(shí)的逐漸深入，揭示出了其中的許多奧秘。

讓肥皂泡熱過太陽

在陽光下吹大一個(gè)個(gè)肥皂泡，閃爍著光亮的肥皂泡飛起來，眨眼間又破裂不見。在玩肥皂泡的時(shí)候，很少有人想過，肥皂泡在破裂的一瞬間，溫度竟然可以高過太陽表面溫度的幾倍。如今，科學(xué)家通過成功的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一事實(shí)。

肥皂液體被頻率為2萬～4萬赫茲的超聲波吹大之后，其中的原子、分子之間彼此碰撞而形成高能粒子，進(jìn)而形成物質(zhì)的第四種狀態(tài)，即等離子態(tài)。因此，當(dāng)肥皂泡猛地收縮時(shí)，它的內(nèi)部會(huì)變得非常熾熱。肥皂泡破裂的一剎那，溫度陡然上升并釋放出光子、產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。由于破裂瞬間產(chǎn)生的高溫十分短暫，而且出現(xiàn)于很小的空間，對此時(shí)的溫度狀況無法用溫度計(jì)直接測量。而且，普通溫度計(jì)也不可能測量如此高溫的物體。在這種情況下，需要采取對所釋光進(jìn)行分析的方法來測量溫度，由此得出肥皂泡破裂時(shí)的瞬間溫度大約是20000℃，要比太陽表面的溫度高出幾倍。

科學(xué)家在很早之前就在理論上預(yù)言了肥皂泡破裂會(huì)產(chǎn)生極高的溫度，但是一直沒有實(shí)驗(yàn)的證據(jù)?，F(xiàn)今，科學(xué)家直接測量到了這個(gè)溫度，并在單個(gè)泡沫中觀察到等離子體。由于觀測到的光來自迅速收縮的泡沫的外表面，據(jù)此推測在泡沫表面的內(nèi)部，溫度應(yīng)該更高。有人推測，瞬間高溫說明在肥皂泡中也許發(fā)生了特殊情況的核反應(yīng)，也就是說，一個(gè)個(gè)肥皂泡就是一個(gè)個(gè)“人造小太陽”。

讓金屬“發(fā)泡”

“泡沫鋁”是一種多孔金屬材料，它兼有金屬特性和氣泡的特性。經(jīng)過“發(fā)泡”處理后的金屬鋁材，在材料內(nèi)部充滿了空心孔隙結(jié)構(gòu)，從而使材料的密度減小到每立方米300～1000千克，與一般的木材相當(dāng)。不僅比相應(yīng)體積的鋁材要輕得多，而且可以像木頭一樣漂浮在水面。

英國劍橋大學(xué)的科研人員為了使“發(fā)泡”鋁材的內(nèi)部微孔更加符合需要，對新的制造工藝進(jìn)行研究。方向是制取孔徑細(xì)密均勻的鋁材，使單個(gè)孔徑為1毫米。斯洛伐克科學(xué)院機(jī)械材料研究所的科研人員，根據(jù)人和動(dòng)物骨骼內(nèi)微孔狀結(jié)構(gòu)而引發(fā)出新奇的構(gòu)想，通過將這種微孔結(jié)構(gòu)植入鋁材之中，開發(fā)出了更為新型的“發(fā)泡”鋁材。

由于“發(fā)泡”鋁材具有奇異的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而成為具有材質(zhì)輕、強(qiáng)度高、吸音性能好、緩震效果佳、電磁兼容作用顯著等特點(diǎn)集于一體的特殊金屬材料，應(yīng)用前號(hào)十分喜人?？梢杂糜谥圃炱嚒㈦娞菁皞魉驮O(shè)備上的耐震部件，還可以用作各種建筑物和交通工具上的隔音材料、耐濕材料、防火材料、耐高溫材料和耐氧化材料。在電子電氣設(shè)備中可以制造新型散熱片和輕型電磁屏障。在航空工業(yè)中，“發(fā)泡”鋁材制造飛機(jī)機(jī)翼，在飛行時(shí)可以減少空氣的阻力，提高飛機(jī)的安全飛行系數(shù)。在建筑工業(yè)中，泡沫鋁材可以用來制作內(nèi)外裝飾、隔音墻、天花板、門窗、間壁、屏蔽墻等?，F(xiàn)在，泡沫鋁材的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)展。而且，還有越來越多的科學(xué)家，關(guān)注發(fā)泡鋁材的研制和開發(fā)應(yīng)用，它的未來前景是十分美好的。

冷水也“沸騰”

1915年的春天，一艘英國魚雷快艇駛?cè)氪笪餮筮M(jìn)行試航。當(dāng)艦艇機(jī)器以最大轉(zhuǎn)速工作時(shí)，航速?zèng)]有繼續(xù)增長，而船尾后面卻泛起了翻滾的泡沫。與此同時(shí)，魚雷艇開始抖動(dòng)起來。當(dāng)試航結(jié)束回到基地后，人們發(fā)現(xiàn)艦艇的螺旋漿被損壞到破爛不堪的程度。兩年之后，著名的英國物理學(xué)家瑞利勛爵找到了癥結(jié)所在：在艦船行進(jìn)的軌跡中生成大量微小的氣泡，這些氣泡首先向外膨脹，然后在瞬間向心爆裂。這樣一來，所有的能量在極小的范圍內(nèi)集中釋放，從而產(chǎn)生很大的破壞力。此后，經(jīng)科學(xué)家的不懈探索，終于弄明白艦艇周圍的氣泡是由于海水的“冷沸騰”所致。

眾所周知，液體的沸騰和所受到的大氣壓力有關(guān)。在一般正常壓力情況下，液體在到達(dá)沸點(diǎn)溫度時(shí)便沸騰起來。例如，水在到達(dá)100℃沸點(diǎn)時(shí)便“開”了，不住地翻滾著氣泡。然而，當(dāng)液體所處的壓力條件低于一般正常壓力時(shí)，在低于沸點(diǎn)溫度的情況下，它也要產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象。比如，當(dāng)密閉容器中的水面壓力為4毫米汞柱時(shí)，水在4℃時(shí)就可以沸騰。像這樣，液體通過減壓而在非一般沸點(diǎn)溫度條件下達(dá)到的沸騰狀態(tài)，就是“冷沸騰”。

螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的聲波在水中傳遞，可以使水下形成低壓區(qū)與高壓區(qū)?！袄浞序v”是液體在低壓條件下產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，當(dāng)然在轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳周圍也要隨時(shí)發(fā)生。液體在處于“冷沸騰”狀態(tài)時(shí)，整個(gè)體積內(nèi)都在蒸發(fā)，生成大量的汽泡，從而使液體內(nèi)部形成一個(gè)個(gè)“氣穴”。但是，這種“氣穴”是不穩(wěn)定的，在高于形成它的壓力條件下，就要在一剎那之間猛然發(fā)生凝結(jié)而消失。并且在凝結(jié)消失過程中，圍繞汽泡的液體質(zhì)點(diǎn)以極大的速度互相沖撞，形成高達(dá)上萬個(gè)大氣壓的強(qiáng)大壓力。據(jù)科學(xué)家測定，這種壓力對于周圍的物體，諸如木材、金屬、橡膠、塑料、玻璃、混凝土等等，均可以產(chǎn)生極大的破壞力。特別是隨著各種裝置速度的提高和功率的增加，帶來的危害程度也會(huì)越來越嚴(yán)重。于是，人們千方百計(jì)尋找制服它的辦法，例如防止“氣穴”的產(chǎn)生或是從液體中去掉溶解在它里面的氣體。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)等封閉系統(tǒng)中，科學(xué)家還找到涂敷防護(hù)劑的方法，以保證物體表面不受“氣穴”的侵害。

海洋“打嗝”危害大

海洋底部形成的有害氣體，會(huì)以氣泡形式冒出洋面。大量氣泡泛濫成災(zāi)，會(huì)毀滅地球上的絕大多數(shù)生命?？茖W(xué)家根據(jù)數(shù)據(jù)資料推斷，有史以來，海底有害氣體已經(jīng)將地球生命毀滅數(shù)次之多。

研究人員證明，“殺手”是一種個(gè)體很微小的細(xì)菌。這種細(xì)菌只需大量陽光和極少量氧氣就能旺盛地生長，并釋放出硫化氫氣體。這種氣體即使?jié)舛群苄。矔?huì)使生物致命。人們通常將它稱為“陰溝臭氣”。

究竟是什么原因?qū)е逻@種有害細(xì)菌大量生長呢?科學(xué)家認(rèn)為，很久以前地球發(fā)生的火山活動(dòng)，導(dǎo)致大量：氧化碳釋放到空氣中，致使海洋溫度升高。只要海洋升溫，其中的氧氣就會(huì)散失，而有害細(xì)菌則會(huì)趁機(jī)占據(jù)上風(fēng)。

目前，全球變暖的趨勢使得海洋“打嗝”的條件逐漸成熟。當(dāng)今海洋底部有好幾個(gè)地方，都出現(xiàn)了釋放硫化氫的細(xì)菌。對此，科學(xué)家們很擔(dān)心。當(dāng)然，也須引起全社會(huì)人們的足夠重視。(文章代碼：2208)

(責(zé)任編輯)龐云