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泡沫可以说是我们日常生活中最常见的东西了,从家庭主妇洗衣盆里的洗涤剂到刚刚 被倒进杯子里的啤酒,简直随处可见。但是如果有人问什么是泡沫?泡沫又有什么样的 性质?自以为了解的人往往不假思索地开口,但是很快就发现对此知之甚少。人们对事 物的了解往往如此,最是习以为常的事物,对它们的了解也最不透彻。事实上即使是从 事这项研究的科学家们也依然处于探索中。下面让我们来看看泡沫的奇特性质吧。
变幻莫测的泡沫与火爆的气泡
在常态下,最常见的液体泡沫其实就是一大堆聚集在一起的,有着液态表面膜的气泡 而已。这些液体泡沫大约由95%的气体和5%的液体构成。
泡沫具有奇特的机械性质,气泡很容易互相融合,其整体结构可以在瞬间改变,可以 说是变幻莫测。人们对许多泡沫聚集在一起形成一团泡沫的时候,所产生的一系列出人 意料的性质还并不十分清楚,一团泡沫的性质基本上是由其中单个气泡的形状所决定, 但是这一形状的实质确是最古老的数学谜团之一。摆在泡沫研究课题前最大的挑战是, 创造泡沫流变的预测模型,就是泡沫中的液体随着时间推移而变形和流动的方式。但是 科学家们也有所发现,他们把一团泡沫剃须膏放在一个小玻璃室中,通过一端射入一束 激光,然后在另一端测量出射光线的量。研究发现,出射光线的强度随着气泡合并和位 置变动而波动。当泡沫改变时,一团团气泡紧紧挤压在一起,突然转变成另一种构造, 其过程犹如一场雪崩,这是泡沫独特的机械性质。
此外,在重力的作用下,泡沫中的液体会向下流失,较小的泡沫会被较大的泡沫所吸 呐。泡沫是易变的,人们一般把它装进容器里面进行研究,但是泡沫如果接触容器的边 沿,就会改变自己的形状,因此其性质也会发生改变,这样做本身就改变了泡沫的性质 。波士顿大学的格林·霍尔特实验室就发明了一种让气泡飘浮在空中的办法,那就是用 声波使泡沫漂浮,还能够左右其方位,声波在泡沫内传播,从而使得泡沫漂浮起来。这 样就可以不受容器的干扰,直接观察在泡沫的机械效应。
单个泡沫体积很小。可以说非常不起眼,称之为“小泡沫”一点也不为过。但这只是 常态下的泡沫,如果施加一定的外在影响,泡沫就会出现一些特别的现象。一个小小的 气泡并不起眼,但是由于这些泡沫严严实实地挤在一起,当一团泡沫被压缩,其中的气 泡就不能围绕彼此跳跃了,气泡越被紧紧地挤压在一起,其中的压力就增大,从而获得 很强的刚性,类似于固体的特性。根据计算,空气泡闭合后其内部压强甚至会达到大气 压数千乃至数万倍,这实在令人吃惊。这样的气泡一旦爆裂,其效果不亚于一场小小的 爆炸。没想到吧,这小小气泡还有如此火爆的性格。
泡沫的广泛应用
现在你知道这小小的泡沫身上隐藏着多么巨大的能量了吧,而且在许多领域发挥着重 大的作用。
在建筑科技中,利用泡沫中充满的气体的导热性能,可以制成一种称为泡沫玻璃的新 型建筑绝热材料。泡沫玻璃是一种由玻璃(天然玻璃、人工玻璃)发泡制成的新型绝热材 料。
泡沫玻璃的综合性能非常优异,是性能优良的无机绝热材料,它使用寿命与建筑物同 步,线膨胀系数与混凝土等墙体材料基本相同,表面多孔与水泥砂浆黏结良好,施工方 便,而且具有强度高,导热系数低,不吸水等特性,抵抗紫外线、风雨能力强,保温隔 热效果好,同时具有避免了建筑结构受高低温差变化的损害。
用泡沫玻璃建造的房屋,其墙壁的隔热性能并不亚于用一层15厘米厚的聚苯乙烯加固 后的砖墙层。这种墙壁上不但可能抹灰粉饰,而且还可以涂色绘画。这种产品在目前正 在建筑行业具有广阔的市场前景。
泡沫还应用在消防与反恐技术中。许多人都知道,泡沫能够用于消防。根据某些药剂( 常用硫酸铝和碳酸氢钠)产生化学反应后能够产生大量二氧化碳的原理,制造了泡沫灭 火器,并添加甘草或皂角等作原料以产生泡沫。在使用时,把泡沫灭火器倒转时,两种 药液相互混合,大量的二氧化碳跟发泡剂形成泡沫,从喷嘴中喷射出来,覆盖在燃烧物 上,使燃烧物隔绝空气和降低温度,达到灭火的目的。
但是你可知道小小的泡沫还可以用于反恐?听起来很高深,实际上这只是利用了与洗涤 剂泡沫清洁类似的原理而已,只是具有更高的技术含量。现代的反恐斗争面临了越来越 多的生化武器的威胁,泡沫恰恰可以在清除生化武器方面大显身手。
美国人用泡沫来清除国会办公大楼和华盛顿的邮局里面的危险物质。这种泡沫是从一 种罐子里面喷射的,当空气被吸入泡沫中的时候,它便急速膨胀到原有液态体积的100 倍左右。这样就可以填满各种缝隙和难以触及的隐蔽处,然后破裂,能使危害人体的有 毒的生物或者化学药剂,如炭疽或者沙林神经毒气等在几分钟内失去效果。
泡沫还在可控核聚变中一显身手。如果说消防、建筑这类的应用还是我们可以接触到 的话,那么我告诉你泡沫也许还可以应用在世界上最尖端的技术之一的可控核聚变中, 你会不会大吃一惊。
20世纪40年代时,科学家们发现当把超声波通到水中,水中可以发出光来。这个神秘 的现象令人感到十分费解。直到1959年人们才证明,这种光是由空泡破灭时产生能量集 中所发出来的。
近几年来,科学家们逐渐使用更精确的模型来计算这一现象。到1994年11月,有人宣 布使用精细模型并用计算机算得,气泡破灭时的温度可以达到绝对温度二百万度,这个 温度达到了是聚变热核反应所需温度的一半。没想到吧,小小的泡沫破灭居然能够产生 出这么高的温度和如此巨大的能量。如果证实这些计算是正确的,又能够通过技术手段 去实现的话,也许空泡是一条通向可控核聚变的可行途径。
这个小小的泡沫,充满了许多神奇的色彩,隐藏了多少深奥的科学原理等待着人类去 发现呢?从宇宙尺度讲,泡沫存在于宇宙的各种结构当中,从时空结构中的量子引力泡 沫到宇宙本身的星系结构都有泡沫的影子。从生物起源的角度而言,解释植物细胞的结 构以及生物系统出现和进化的方式等问题的突破口也许就在小小的泡沫中。
现在你是不是也跃跃欲试了,想马上弄起一堆泡泡来?那就来吧!