保罗叔叔说:“昨天,我答应给你们展示一下不会破裂的氢气球。现在,我就可以实现诺言了。爱弥儿,你还记得几个月前,你从城里买来的两个橡胶质地的红色气球吗?它们就像充满了氢气的肥皂泡一样,也能高高飞到空中。”
爱弥儿连忙回答:“我当然记得,那可是我最喜欢的玩具。可惜的是,这两个气球买来没几天就飞不起来了,它们现在就待在我的玩具箱里,我已经很长时间不玩了。”
“你想没想过:为什么气球没几天就飞不起来了呢?”
“想是想过,但是我想不出这是为什么。”
“让我来告诉你原因吧。这种气球里充的气体便是氢气,因为气球的膜是用很薄的橡胶制成的,很有弹性,受到里面的氢气的压力,能自由胀大。这层薄膜虽然不像棉毛织物有很多小网眼,但是里面的氢气因性质过于微细,依旧能透过膜壁逸出。于是,气球就会渐渐变小,也许它依然是球形的,但外界的空气已经透进来代替了氢气。因此,无论是由于氢气的逸出,还是氢气与空气的交替,都会减少气球上浮的力量,所以一般过了一两天后,气球就飞不上天了。想要使它能上升,就必须向里面填充氢气才可以。”
“我要是早知道这个原因,一定要请你替我的气球多充一点儿氢气进去呢!”
“这是很容易的事情,如果你的气球没有破裂,我们可以立刻将它变成一个新的、能像之前一样飞起来的气球,你把它们拿出来吧。”
爱弥儿跑出去,不久就带回了两个皱瘪的红色气球。保罗叔叔接过来解开了气球上所绑的细绳,向气球里吹了一口气,检查一下这两个气球有没有裂缝或小孔。
他说:“这两个气球完好无损。现在,我们就开工吧!我向一个容积约为1升的玻璃瓶里装上一些水和一大把锌片,再将一根直玻璃管插入一个与瓶口密合的软木塞——要是没有直玻璃管,可以用鹅毛管代替。我在玻璃管的顶端套上气球颈口,并用细线扎住,以防漏气。然后,我向瓶子里注入一些硫酸,等瓶中的混合物发生反应,生成大量气体时,我就用手指压出气球中的空气,同时将软木塞插入瓶口。这样操作结束后,让玻璃瓶中的物质慢慢反应就可以了。瘪皱的气球渐渐充满氢气,受到氢气的压力渐渐膨胀起来。现在,你们看一看它又变成球形了,但要是再无限制地充氢气,气球不久就会破裂了。之后,将气球口处距离玻璃管上方4毫米~5毫米处用细绳绑住,以防气球内的氢气漏出。最后,将气球从玻璃管上取下来,使生成的氢气可以自由地从玻璃管逸出,以免其积聚在瓶子内过多,导致软木塞突然被压出瓶内液体外溅,这是非常危险的。”
约尔见保罗叔叔手里的气球有向天上飞的趋势,就提议道:“现在,让我们把它放了吧,看看它能不能向上飞起来。”
爱弥儿说:“别把它这样放走,让我系上一条长绳子吧。”
保罗叔叔说:“稍等一下,让我们先把这件事情考虑一下吧:
我们这个气球里到底储存了多少氢气?
最多不过1升吧。
1升氢气的重量约0.1克,相同体积的空气重量是它的14倍(即空气为1.4克)。
气球内的氢气比同体积的空气轻了1.3克。
如果假设橡胶气球本身的重量为1克,那么气球上浮的力就是0.3克,所以系气球的绳子的重量不能超过0.3克,而0.3克是一个极小的量。
这样的绳子可没有多长。”
“没错,气球上浮的力量是非常小的,拖不起一条很长的绳子。那么,我们系上一根细线吧。”
在气球的口颈上系了一根长线,气球就上升了。不过出乎孩子们的意料,它并没有上升得很高。
孩子们问:“它为什么停止在半空中了?”
“因为气球升得越高,它所拖的细线就越多,这些细线的重量都会加到气球本身的重量上,而当气球的外膜、球内氢气和拖着的细线三者重量之和等于与其同体积的空气的重量时,气球就会失去上浮的力,于是就不会再上升了。现在,既然爱弥儿想要保存这个气球,我们不妨再吹另一个气球,让它自由地飞在空中。”
果然,放飞不拖线的气球时,它就飞得很快,仅仅片刻间就飞出了视线范围。不过,无论它飞得多高,迟早都要降下来,因为氢气和空气可以透过气球的膜壁互相交替,从而使气球的重量慢慢增加,最终变得重于空气而逐渐下落。不过,在天空中它一直被风吹拂,是无法降落在原来的地方的。