沒有肥皂泡的童年似乎缺少了那么一絲絲的樂趣。在以前沒有這么多新式裝備的時候,院子里的小孩都會用肥皂水自制肥皂泡,看著在太陽光下變得五光十色的肥皂泡就是最簡單的快樂。現在的泡泡機更是非常輕松地噴出一長串、大小各異的肥皂泡,你會看到連幾個月的小嬰兒都能夠將它拿在手里盡情地玩耍。
在廣場上追逐肥皂泡的孩子眼中,沒人會覺得這是一個危險的游戲。甚至連圍觀的大人也被激發了童心,伸出手將肥皂泡一個一個戳破。時間定格,如果你知道肥皂泡在破裂的一瞬間溫度高達2萬℃,你還敢將手伸出去嗎?
溫度的產生
通常我們感知溫度的途徑來源于人體的觸感或者測溫儀器的顯示。那么你知道溫度是如何產生的嗎?我們通常談到溫度,都是指的環境或者物體的冷熱感覺,但其實溫度是衡量物質中粒子能量的一種方法。因為所有的物質都是由不斷運動的粒子,原子或分子組成的,因此這些物質就有了不同的溫度。如果一個環境中或者一個物體中的構成粒子運動速度越快,運動越劇烈,那么相應地產生的溫度也就越高。
在陽光晴好的時候,很多人都愿意出門曬曬太陽,讓身體暖和起來。陽光照射的水面或者墻面也會變得暖烘烘的。這主要是因為太陽光中的波長較長的光線或者紅外線中的粒子與這些物質中的分子產生了共振,從而促使它們開始運動起來,溫度也就慢慢地升了起來。
因此,太陽光中的能量轉移到了物質中的分子中,導致了物質溫度的上升。
太陽的溫度
萬物生長靠太陽,地球上的所有生命體都依賴于太陽光中的能量轉移獲得足夠的溫度,以此來維持我們的生活。作為一顆恒星,太陽能夠自己發光發熱,并且形成以自己為中心的星系,為星系中的行星提供足夠的光和熱。眾所周知,太陽距離地球非常遙遠,有1.5億公里。不過由于地球圍繞太陽公轉的軌道是一個橢圓形,因此,這只是一個平均數值。
不過正是因為這么遙遠的距離,才讓我們地球位于太陽系中的宜居帶中,產生了液態水和生命。為什么這么說呢?因為太陽自身實在是太熱了。太陽的表面溫度就達到了5000多度,而太陽核心的溫度更是高達1500萬度。
這是因為太陽的能量來源于內部持續不斷的核聚變,聚變產生大量的熱能。雖然太陽體積很大,半徑約為696300公里,但是強大的熱能從內核傳遞到太陽的表面仍然能夠保持有5000度的高溫。煉鋼廠里的鋼水溫度足夠高了吧,都還不到2000度,但是在這個溫度下,人都能夠直接被融化。
大家再想想,平時水燒開了也只有100度,不過這樣的沸水都足以給人體帶來嚴重的傷害了。由此可見,5000多度是完全無法被人體所接受的。
肥皂泡破裂的溫度
幾千度的溫度都是我們無法想象的程度,那為什么肥皂泡破裂時的2萬度我們一點感覺也沒有呢?首先,我們必須得驗證一下這個溫度的真實性。既然溫度是物質中分子的運動速度,要達到2萬度,這個速度應該要足夠快。
不過肥皂泡雖然肉眼可見,但是分子運動實際上是一種微觀世界中的反應。這種反應無法用肉眼可見,所以我們也沒有辦法憑直覺發現它的存在。要了解肥皂泡在破裂的瞬間發生了什么,我們必須借助專業的顯微鏡來一探究竟。
當我們向肥皂水中吹起形成肥皂泡時,我們吹出的氣賦予了肥皂水中分子一些能量,讓它們能夠迅速地向四周擴散開來。而分子依靠這種能量就在肥皂水的液體的表面形成了一種張力,形成了一個穩定肥皂泡形狀。同時,在肥皂泡逐漸拉伸的過程中可以減少水份的蒸發,從而使肥皂泡的形狀可以保持得更久。
那么,為什么肥皂泡都是圓形或者橢圓形而不是其他的形狀呢?這也是由液體的性質決定的。肥皂水向外拉伸的時候,在同樣的能量狀態下,球體是具有最小表面積的形狀,這樣能夠保持更高的穩定性,因此肥皂泡也就能夠更久的漂浮在空氣中。
而且,保持球體的形狀也能夠讓氣體在其中更為自由地流動,到達球體表面各點的壓力值相同,因此也能夠確保肥皂泡在變大變小的過程中張力均勻,不容易破裂。
如果將肥皂泡放在顯微鏡下來看,我們眼中一個一個的肥皂泡其實包含了數不清的分子。這些分子在肥皂泡中高速的運動,維持著肥皂泡的表面張力。如果此時你的手是干燥的,你去觸摸這個肥皂泡,它就會破裂。
或者等待一會兒,如果肥皂泡表面的水分蒸發后,它也會自行破裂。這是由于它無法有效地維持肥皂泡內外的氣流平衡,出現了壓差,肥皂泡就自行破裂了。
在破裂的一瞬間,肥皂泡里的分子用來維持表面的張力就轉化為了分子的動能,由于分子數量多,密度大,轉換的動能也是十分驚人的。因此在一瞬間就能夠達到2萬度的高溫。不過,由于肥皂泡的破裂時間也非常短,大量的分子很快就四散開來,這樣的極致高溫維持的時間大約只有一萬億分之一秒。
如此短的時間幾乎沒有辦法對人體造成傷害,同時神經末梢還沒有反應過來,信號還未形成并且傳遞到大腦,因此,人們也不會有任何熱的感受。
結語
沒想到一個小小的肥皂泡也能夠帶給我們這么奇妙的感受。我們平時肉眼所及的都是宏觀世界的斗轉星移,不過微觀世界也是妙趣橫生。這也是科學家們為之著迷的世界,也希望他們能夠借助顯微鏡等的幫助探知更多的微觀世界的演變,如果有能為我們所用的就更好了。