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肥皂泡在破裂的一瞬間，溫度竟然可以高過(guò)太陽(yáng)表面溫度的幾倍
2023-11-19
氣泡里的妙趣
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(tài)存在的形式。隨著(zhù)人們對氣泡認識的逐漸深入，揭示出了 其中的許多奧秘。
在陽(yáng)光下吹大一個(gè)個(gè)肥皂泡，閃爍著(zhù)光亮的肥皂泡飛起來(lái)，眨眼間又破裂不見(jiàn)。在玩肥皂泡的時(shí)候，很少有人想過(guò)，肥皂泡在破裂的一瞬間，溫度竟然可以高過(guò)太陽(yáng)表面溫度的幾倍。如今，科學(xué)家通過(guò)成功的實(shí)驗證實(shí)了這一事實(shí)。
肥皂液體被頻率為2萬(wàn)4萬(wàn)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，當肥皂泡猛地收縮時(shí)，它的內部會(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)光現象。由于破裂瞬間產(chǎn)生的高溫十分短暫，而且出現于很小的空間，對此時(shí)的溫度狀況無(wú)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(jìn)行分析的方法來(lái)測量 溫度，由此得出肥皂泡破裂時(shí)的瞬間溫度大約是20000°C，要比太陽(yáng)表面的溫度高出幾倍。
科學(xué)家在很早之前就在理論上預言了肥皂泡破裂會(huì )產(chǎn)生極高的溫度，但是一直沒(méi)有實(shí)驗的證據?，F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(guān)察到等離子體。由于觀(guān)測到的光來(lái)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(shuō)明在肥皂泡中也許發(fā)生了特殊情況的核反應，也就是說(shuō)，一個(gè)個(gè)肥皂泡就是 一個(gè)個(gè)“人造小太陽(yáng)”。
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(guò)“發(fā)泡”處理后的金屬鋁材，在材料內部充滿(mǎn) 了空心孔隙結構，從而使材料的密度減小到每立方米3001000千克，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(xué)的科研人員為了使“發(fā)泡”鋁材的內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)院機械材料研究所的科研人員，根據人和動(dòng)物骨骼內微孔狀結構而引 發(fā)出新奇的構想，通過(guò)將這種微孔結構植入鋁材之中，開(kāi)發(fā)出了更為新型的“發(fā)泡”鋁材。
由于“發(fā)泡”鋁材具有奇異的內部結構，從而成為具有材質(zhì)輕、強度高、吸音性能好、緩震效果佳、電磁兼容作用顯 著(zhù)等特點(diǎn)集于一體的特殊金屬材料，應用前景十分喜人?？梢杂糜谥圃炱?chē)、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(yè)中，“發(fā)泡”鋁材制造飛機機翼，在飛行時(shí)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(yè)中，泡沫鋁材可以用來(lái)制作內外裝飾、隔音墻、天花板、門(mén)窗、間壁、屏蔽墻等?，F在，泡沫鋁材的 應用領(lǐng)域在不斷地擴展。而且，還有越來(lái)越多的科學(xué)家，關(guān)注發(fā)泡鋁材的研制和開(kāi)發(fā)應用，它的未來(lái)前景是十分美好的。
冷水也“沸騰”
1915年的春天，一艘英國魚(yú)雷快艇駛入大西洋進(jìn)行試航。當艦艇機器以最大轉速工作時(shí)，航速沒(méi)有繼續增長(cháng)，而船尾后 面卻泛起了翻滾的泡沫。與此同時(shí)，魚(yú)雷艇開(kāi)始抖動(dòng)起來(lái)。當試航結束回到基地后，人們發(fā)現艦艇的螺旋漿被損壞到破爛 不堪的程度。兩年之后，著(zhù)名的英國物理學(xué)家瑞利勛爵找到了癥結所在：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(lái)，所有的能量在極小的范圍內集中釋放，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?chē)臍馀菔怯捎诤Ｋ?ldquo;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，液體在到達沸點(diǎn)溫度時(shí)便沸騰起來(lái)。例如， 水在到達100C沸點(diǎn)時(shí)便“開(kāi)” 了，不住地翻滾著(zhù)氣泡。然而，當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)生沸騰現象。比如，當密閉容器中的水面壓力為4毫米汞柱時(shí)，水在4C時(shí)就可以沸騰。像這樣，液體 通過(guò)減壓而在非一般沸點(diǎn)溫度條件下達到的沸騰狀態(tài)，就是“冷沸騰”。
螺旋槳轉動(dòng)產(chǎn)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(chǎn)生的一種現 象，當然在轉動(dòng)的螺旋槳周?chē)惨S時(shí)發(fā)生。液體在處于“冷沸騰”狀態(tài)時(shí)，整個(gè)體積內都在蒸發(fā)，生成大量的汽泡，從而 使液體內部形成一個(gè)個(gè)“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(fā) 生凝結而消失。并且在凝結消失過(guò)程中，圍繞汽泡的液體質(zhì)點(diǎn)以極大的速度互相沖撞，形成高達上萬(wàn)個(gè)大氣壓的強大壓 力。據科學(xué)家測定，這種壓力對于周?chē)奈矬w，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(zhù)各種裝置速度的提高和功率的增加，帶來(lái)的危害程度也會(huì )越來(lái)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(chǎn)生或是從液體中去掉溶解在它里面的氣體。在內燃發(fā)動(dòng)機等封閉系統中，科學(xué)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。
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