氣泡里的妙趣

竇光宇

氣泡是氣體在固體或液體表面或內部，以球狀或半球狀形態存在的形式。隨著人們對氣泡認識的逐漸深入，揭示出了其中的許多奧秘。

讓肥皂泡熱過太陽

在陽光下吹大一個個肥皂泡，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，科學家通過成功的實驗證實了這一事實。

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，進而形成物質的第四種狀態，即等離子態。因此，當肥皂泡猛地收縮時，它的內部會變得非常熾熱。肥皂泡破裂的一剎那，溫度陡然上升并釋放出光子、產生發光現象。由于破裂瞬間產生的高溫十分短暫，而且出現于很小的空間，對此時的溫度狀況無法用溫度計直接測量。而且，普通溫度計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行分析的方法來測量溫度，由此得出肥皂泡破裂時的瞬間溫度大約是20000℃，要比太陽表面的溫度高出幾倍。

科學家在很早之前就在理論上預言了肥皂泡破裂會產生極高的溫度，但是一直沒有實驗的證據。現今，科學家直接測量到了這個溫度，并在單個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，據此推測在泡沫表面的內部，溫度應該更高。有人推測，瞬間高溫說明在肥皂泡中也許發生了特殊情況的核反應，也就是說，一個個肥皂泡就是一個個“人造小太陽”。

讓金屬“發泡”

“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。經過“發泡”處理后的金屬鋁材，在材料內部充滿了空心孔隙結構，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。不僅比相應體積的鋁材要輕得多，而且可以像木頭一樣漂浮在水面。

英國劍橋大學的科研人員為了使“發泡”鋁材的內部微孔更加符合需要，對新的制造工藝進行研究。方向是制取孔徑細密均勻的鋁材，使單個孔徑為1毫米。斯洛伐克科學院機械材料研究所的科研人員，根據人和動物骨骼內微孔狀結構而引發出新奇的構想，通過將這種微孔結構植入鋁材之中，開發出了更為新型的“發泡”鋁材。

由于“發泡”鋁材具有奇異的內部結構，從而成為具有材質輕、強度高、吸音性能好、緩震效果佳、電磁兼容作用顯著等特點集于一體的特殊金屬材料，應用前號十分喜人。可以用于制造汽車、電梯及傳送設備上的耐震部件，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。在電子電氣設備中可以制造新型散熱片和輕型電磁屏障。在航空工業中，“發泡”鋁材制造飛機機翼，在飛行時可以減少空氣的阻力，提高飛機的安全飛行系數。在建筑工業中，泡沫鋁材可以用來制作內外裝飾、隔音墻、天花板、門窗、間壁、屏蔽墻等。現在，泡沫鋁材的應用領域在不斷地擴展。而且，還有越來越多的科學家，關注發泡鋁材的研制和開發應用，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入大西洋進行試航。當艦艇機器以最大轉速工作時，航速沒有繼續增長，而船尾后面卻泛起了翻滾的泡沫。與此同時，魚雷艇開始抖動起來。當試航結束回到基地后，人們發現艦艇的螺旋漿被損壞到破爛不堪的程度。兩年之后，著名的英國物理學家瑞利勛爵找到了癥結所在：在艦船行進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集中釋放，從而產生很大的破壞力。此后，經科學家的不懈探索，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。在一般正常壓力情況下，液體在到達沸點溫度時便沸騰起來。例如，水在到達100℃沸點時便“開”了，不住地翻滾著氣泡。然而，當液體所處的壓力條件低于一般正常壓力時，在低于沸點溫度的情況下，它也要產生沸騰現象。比如，當密閉容器中的水面壓力為4毫米汞柱時，水在4℃時就可以沸騰。像這樣，液體通過減壓而在非一般沸點溫度條件下達到的沸騰狀態，就是“冷沸騰”。

螺旋槳轉動產生的聲波在水中傳遞，可以使水下形成低壓區與高壓區。“冷沸騰”是液體在低壓條件下產生的一種現象，當然在轉動的螺旋槳周圍也要隨時發生。液體在處于“冷沸騰”狀態時，整個體積內都在蒸發，生成大量的汽泡，從而使液體內部形成一個個“氣穴”。但是，這種“氣穴”是不穩定的，在高于形成它的壓力條件下，就要在一剎那之間猛然發生凝結而消失。并且在凝結消失過程中，圍繞汽泡的液體質點以極大的速度互相沖撞，形成高達上萬個大氣壓的強大壓力。據科學家測定，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越來越嚴重。于是，人們千方百計尋找制服它的辦法，例如防止“氣穴”的產生或是從液體中去掉溶解在它里面的氣體。在內燃發動機等封閉系統中，科學家還找到涂敷防護劑的方法，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，會以氣泡形式冒出洋面。大量氣泡泛濫成災，會毀滅地球上的絕大多數生命。科學家根據數據資料推斷，有史以來，海底有害氣體已經將地球生命毀滅數次之多。

研究人員證明，“殺手”是一種個體很微小的細菌。這種細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。這種氣體即使濃度很小，也會使生物致命。人們通常將它稱為“陰溝臭氣”。

究竟是什么原因導致這種有害細菌大量生長呢?科學家認為，很久以前地球發生的火山活動，導致大量：氧化碳釋放到空氣中，致使海洋溫度升高。只要海洋升溫，其中的氧氣就會散失，而有害細菌則會趁機占據上風。

目前，全球變暖的趨勢使得海洋“打嗝”的條件逐漸成熟。當今海洋底部有好幾個地方，都出現了釋放硫化氫的細菌。對此，科學家們很擔心。當然，也須引起全社會人們的足夠重視。(文章代碼：2208)

(責任編輯)龐云