Почему гелий меняет наш голос, а также что такое инертные газы -19



Инертные газы:

На уроках химии мы слышали об инертных газах. Их еще называют благородными, такое красивое название было дано не с проста, ведь все инертные газы, а именно гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, а также радиоактивные радон и оганесон обладают очень низкой химической активностью, их соединения с другими веществами существуют лишь в специальных, экстремальных условиях, а значит, эти газы не горят и не поддерживают горение, более того, не имея цвета, запаха и вкуса они не токсичны для человека, их вообще как будто нет, настоящее благородство!)

Но это не совсем так, инертные газы хоть и не отравляют человека, но наркотически действуют на него, однако это не относится к гелию и неону, поскольку их наркотический эффект проявляется при очень повышенном давлении, впрочем, поэтому наркоманы и не дышат шариками с гелием.

Все благородные газы одноатомны. То есть в одной молекуле газа содержится один атом. Причем химические оболочки атомов полностью заполнены электронами. Что это значит? Вспомните уроки химии - на каждой оболочке атома может быть лишь определенное число электронов: на первой 2, на второй 8 и так далее. Полная заполненность оболочек у благородных газов и объясняет то, что они почти не вступают в химические реакции, потому что просто не способны присоединить к себе больше электронов.

Интересным фактом является то, что инертные газы переходят в жидкое состояние при экстремально низких температурах, при этом почти сразу после переходя в твердое состояние. Таким образом разница между температурой кипения и плавления у веществ состовляющих инертные газы 2-5, максимум 10 градусов.

Гелий и его свойства:

Правда вот гелий при обычном давлении в твердое состояние так и не переходит. Он кипит при температуре -270 градусов, то есть температуре космического пространства, ниже которой ничего нет, поэтому кристаллизация гелия проходит под давлением в 25 раз больше атмосферного!

Вообще гелий удивителен. Во Вселенной он второй по распространенности после водорода, но на Земле существует в совсем малых количествах, однако не беспокойтесь, на надувание шариков всем хватит). Из за практически самого малого размера атомов гелия, они почти не сталкиваются друг с другом, когда гелий находится в газообразном состоянии, что делает гелий идеальным газом (идеальный газ это такая теоретическая модель, можете посмотреть о ней в Википедии подробнее).

Еще одна занимательная вещь, что гелий, как и все инертные газы светится при пропускании через него электрического тока. Причем при изменении давления внутри газа, можно менять его цвет. Это связанно с тем, что с увеличением давления, электроны начинают чаще сталкиваться с атомами гелия и общая энергия вещества увеличивается, приводя к изменению цвета. Так гелий может светиться желтым, розовым, оранжевым и зеленым цветами.

Почему гелий изменяет голос?

Но мы то все знаем гелий как веселый газ, смешно изменяющий наш голос. Почему так происходит? Тут нужно разобраться, что вообще такое звук, издаваемый нами при выдохе.

По простому звук есть колебание молекул или других мельчайших частиц среды, улавливаемое нашим ухом. Такой средой является воздух. Когда мы издаем какие либо звуки, наши голосовые связки вибрируют, создавая колебания среды, то есть воздуха. Чем чаще колеблятся связки, тем выше высота звука. Если мы вдохнем вместо воздуха гелий, он станет средой для распространения звука. Но из за гораздо меньшей плотности гелия, он создает меньшее давление на голосовые связки, чем воздух, позволяя им вибрировать быстрее и издавать более тонкий звук.

Так, для понижения голоса можно вдохнуть плотный газ, например фторид серы, он в 5 раз тяжелее воздуха и сильно понижает частоту колебаний голосовых связок.




Комментарии (36):

  1. mmMike
    /#23752329 / +11

    Интересным фактом является то, что инертные газы переходят в жидкое состояние при экстремально низких температурах, при этом почти сразу после переходя в твердое состояние.

    И гелий при атмосферном давлении? Нее?

    Но это не совсем так, инертные газы хоть и не отравляют человека, но наркотически действуют на него, однако это не относится к гелию и неону, поскольку их наркотический эффект проявляется при очень повышенном давлении,

    Какие конкретно инертные газы обладают наркотическим эффектом при атмосферном давлении.

    Статью можно брать как реферат 5..6 класса. Учительница не заподозрит, что взрослые помогали.

    • KLNKLUB
      /#23752375 / -2

      Гелий не переходит в твердое состояние при обычном давлении.

      Все инертные газы обладают наркотическим эффектом при атмосферном давлении, кроме гелия и неона

      • mmMike
        /#23752417 / +5

        Вообще то это были риторический вопросы.

        Но блин, Вы просто подкосили ответом. Аргон не обладает  наркотическим эффектом при атмосферном давлении.

      • hello_im_player
        /#23752485 / -3

        переходит как и все вещества при нуле по кельвину

        • KLNKLUB
          /#23752489 / +1

          При обычном атмосферном давлении он не переходит в твердое состояние. Для этого нужно давление в 25 атмосфер

    • Coytes
      /#23752599

      Как появляется наркотический эффект если благородные газы не абсорбируются организмом? Он скорее не наркотический, а просто эффект от уменьшения количества вдыхаемого кислорода, который замещается другим газом.

      • mmMike
        /#23752735 / +1

        Физиологические причины наркотического эффекта химически не активных (азот, гелий, аргон и пр.) газов толком не понятны, то тем не менее наркотический эффект есть.

        Ограничение глубины погружения в первую очередь определяется парциальным давлением, при котором возникает эффект опьянения (если это конечно можно так назвать). Есть явная зависимость между молекулярной массой и наркоэффетом.

        В любительском дайвинге ограничение 40 метров на воздушной смеси. Считается что в среднем это безопасно.

        Xотя видел как народ с похмелья и/или устатку и на 30..40 нахлобучивает. И вообще это довольно индивидуально.

        У гелия граница по парциальному давлению где то в 3-3.5 раз дальше. И это основная причина, почему его использует для дип погружений.

        Глубже 60 только на гелиевых смесях ныряют.

        • eandr_67
          /#23752973 / -1

          Ограничение на глубину для азотных смесей не потому, что опьянение, а потому, что кессонная (декомпрессионная) болезнь. Азот слишком хорошо растворяется в крови при повышении давления и чем больше глубина погружения, тем медленнее и сложнее процесс безопасного всплытия — иначе при всплытии происходит образование в крови достаточно крупных газовых пузырьков — вплоть до газовой эмболии.

          Гелий растворяется в крови намного слабее, потому с ним можно погружаться глубже.

          А «опьянение» не из-за азота, а из-за кислородного отравления: при повышении давления кислорода в крови тоже растворяется больше. В глубоководных смесях процент кислорода намного меньше, чем в воздухе.

          • Radisto
            /#23753103 / +3

            азотное опьянение именно из-за азота. А вообще азотное опьянение, декомпрессионная болезнь и кислородное опьянение - это три разных явления, а вы смешали в кучу всё

          • mmMike
            /#23759517 / +1

            Ну вот просто интересно. Откуда вы взяли свое "знание"?

            Или просто написали не подумав проверить?

            Я дайвингом (пусть и любительским) занимаюсь уже с 2007 года. И для меня знание этих основ - это, в сущности вопрос безопасности.

            Кессонка и азотное опьянение, к слову, вообще мало связаны. В обычном (не техно) дайвинге PADI,CMAS вообще не предусмотрены профили погружение с декомпрессией. Все погружения должны быть без декомпрессионными. Т.е. что бы в любой момент погружения можно было всплыть и не бежать после этого в барокамеру.

            Но при этом нижний придел 40м не из за кессонки. И можно азотку поймать и сразу после начала дайва. Если сразу упасть на 40 и ниже. А то и выше нахлобучит (холодная вода, темно, состояние дайвера и пр.)

            Гелий растворяется в крови намного слабее, потому с ним можно погружаться глубже.

            Это влияет только не схему/график всплытия (декомпрессионных остановок). Никак не на глубину погружения.

            А «опьянение» не из-за азота, а из-за кислородного отравления: при повышении давления кислорода в крови тоже растворяется больше.

            Мда.. ну хоть бы поискали информацию.

            Симптомы наркоза (нарушения сознания) и симптомы кислородного отравления (судороги в мышцах).

            Конечно, когда на найтроксе собираюсь идти и нужно в журнал записать нижний предел погружения по результатам измерения концентрации кислорода в баллоне (а это каждый должен сделать сам и расписаться в журнале), то вручную не считаю. Вбиваю в комп и он выдает.

            Но и так помню что 1.4 - это верхний предел парциального давления кислорода для любительского дайвинга. И это с весьма приличным запасом рассчитанным на "все". У военных чуть больше. А японские камикадзе и на 40 метров на кислороде ходили (а это 4.0 парциалка)

            0.21 кислород на уровне моря. 1.4 - это 66 метров погружение на воздухе.

            А на 66 метрах человек ничего от азотки уже соображает.

      • LevPos
        /#23752865 / +2

        Как появляется наркотический эффект если благородные газы не абсорбируются организмом?

        В английской википедии есть ссылки:

        Xenon

  2. vilgeforce
    /#23752395 / +1

    Придираться можно долго, но раз автор любит все экстремальное...
    "существуют лишь в специальных, экстремальных условиях" - не верно. Гексафторид ксенона существует при комнатной температуре и атмосферном давлении.

    "переходят в жидкое состояние при экстремально низких температурах" - тоже не верно. Упомянутый ксенон - всего при минус 100 с копейками, это ни разу не сверхнизкая температура. Ну и т.д, и т.п.

    • KLNKLUB
      /#23752421 / -3

      Нет вообще так такого деления на низкие, сверх низкие и тд. Под экстремальной температурой я имел ввиду температуру, не встречающуюся на Земле в природных условиях.

  3. alashkov83
    /#23752409 / +3

    1) XeF2, XeF4, XeF6 - вполне себе стабильны при нормальных условиях. Да и получают их при не таких уж экстремальных условиях.

    2) Вы точно уверены в механизме изменения голоса? Всегда считал, что главная роль тут принадлежит не связкам, а стоячим волнам, точнее их длинам, в резонаторных полостях речевого аппарата.

    • KLNKLUB
      /#23752447

      Да, я не рассказал об этом полностью. Уменьшенное сопротивление газа на связки повышает голос, а изменение длин волн уже меняет тембр

      • censor2005
        /#23752469 / +3

        Раз уж решились писать статью на Хабр, то можно было и написать подробнее

        • Gengenid
          /#23753165 / +3

          Автор просто не знает. Все дело во всего лишь в том, что скорость звука в гелии в три раза выше, чем воздухе. Из-за этого резонансы в голосовом аппарате на других частотах.

          А сопротивление газа вообще не причем, вязкость газообразного гелия выше, чем у воздуха.

      • sinc_func
        /#23752553

        Идентификация нами гласных звуков происходит по положению первого и второго форматных резонансных пиков голосового тракта. Уровень подброса резонанса в этих пиках небольшой (обычно я видел 10..16 dB), то есть эти пики широкие. Накачка этих пиков происходит частотой питча (по русски, это основная частота голосовых связок) Для мужиков это 70..250 Гц, для женщин - 200...450 Гц. В формантный пик помещается несколько спектральных палок возбуждения. Будет ли от гелия меняться частоту питча - это еще вопрос.

        Если есть возможность и желание к экспериментам, то можно сказать программу Praat и все эти вопросы можно изучать и визуализировать самостоятельно.

    • Gengenid
      /#23753115

      Вы правы. И когда автор выкладывал эту хрень на пикабу, я писал там что гелий не меняет частоту колебаний голосовых связок, а дело именно в изменении резонансных частот речевого аппарата.

      Но автору пофиг.

    • Loskechos
      /#23755807

      Скорее в зависимости скорости звука от упругости среды

  4. Serge78rus
    /#23752413

    Еще одна занимательная вещь, что гелий, как и все инертные газы светится при пропускании через него электрического тока.
    Ну почему же только инертные?

    • KLNKLUB
      /#23752521

      Я не говорил что только инертные

  5. Tiriet
    /#23752621 / +2

    Правда вот гелий при обычном давлении в твердое состояние так и не переходит. Он кипит при температуре -270 градусов, то есть температуре космического пространства, ниже которой ничего нет, поэтому кристаллизация гелия проходит под давлением в 25 раз больше атмосферного!

    температура космического пространства- это вообще странная штука. Температура- мера средней кинетической энергии хаотического движения частиц. космическое пространство- вакуум, там хаотически движущихся частиц нету, правда, там есть прямолинейно движущиеся фотоны рекликтового излучения (везде) и свет звезд- далеких и близких. по этой причине есть "равновесная температура в космосе"- которая на орбите Земли- порядка +4С (+4С, а не +4К!). А вот температура рекликтового фона- она да, +4К, что ближе к -269С, а не к -270, но сказать, что это температура космического пространства- за такие формулировки с физфака гнать надо тряпками. Связать эту температуру с давлением кристаллизации тоже напрямую нельзя. там жесткий квантовомеханический анализ надо привлекать, чтобы определить незамерзаемость гелия.

    Из за практически самого малого размера атомов гелия, они почти не сталкиваются друг с другом, когда гелий находится в газообразном состоянии, что делает гелий идеальным газом (идеальный газ это такая теоретическая модель, можете посмотреть о ней в Википедии подробнее).

    ничего подобного. абсолютно точно также сталкиваются, как и любые другие атомы газов. длина свободного пробега при нормальных условиях- сотые доли микрометра. Идеальным газом его делает одноатомность и как следствие- отсутствие вращательных степеней свободы молекул, ну и малый относительный объем самих атомов при нормальных условиях и крайне слабое их взаимодействие друг с другом.

    По простому звук есть колебание молекул или других мельчайших частиц среды, улавливаемое нашим ухом. Такой средой является воздух.

    Опять- за такие формулировки надо гнать тряпками. Звук- это распространение колебаний давления! а колебание молекул- это тепловые флуктуации, их наш слух не улавливает.

    Когда мы издаем какие либо звуки, наши голосовые связки вибрируют, создавая колебания среды, то есть воздуха. Чем чаще колеблятся связки, тем выше высота звука. Если мы вдохнем вместо воздуха гелий, он станет средой для распространения звука. Но из за гораздо меньшей плотности гелия, он создает меньшее давление на голосовые связки, чем воздух, позволяя им вибрировать быстрее и издавать более тонкий звук.

    И снова тряпками. как создавал он давление в 1атм на наши голосовые связки, так и создает. Меняется частота резонансных колебаний системы "голосовые связки-проходящий через них выдыхаемый газ", причем, в такой системе большее влияние оказывает длина волны, с которой колеблются эти самые связки, чем сопротивление газа чему-либо. Плотность воздуха в тысячу раз меньше плотности материала голосовых связок, и его масса оказывает очень слабое влияние на резонансные процессы, а вот скорость распространения волн и как следствие- частота стоячих волн в замкнутой и связанной системе- влияют сильно. Скорость звука в гелии выше, чем в воздухе, поэтому при той-же длине волны в нем получается большая частота колебаний. А тембр- определяется соотношением основного тона голоса и обертонов (кратных гармоник), поэтому говорить, что тембр зависит от длин волн- некорректно.

    • Matshishkapeu
      /#23753069

      > космическое пространство- вакуум, там хаотически движущихся частиц нету

      Как бы сильно устаревшие сведения. В межзвездной пространстве вполне себе есть газы, включая сложные органические молекулы, открыты лет 15-20 назад, лет 10 назад спектроскопически были идентифицированы десятки молекул в межзвездной пространстве. И по заселенности вращательных и колебательных состояний они таки в равновесии с инфракрасным фоновым излучением, то есть температуру имеют низкую.

      • Tiriet
        /#23754093

        хорошо, про отсутствие частиц в космическом пространстве формулировка неточная. Космическое пространство сильно неоднородно, и нельзя говорить есть там частицы или нет, нужно говорить про среднюю плотность этих частиц в космосе. ближе к центрам галактик их будет побольше, да и температура там равновесная с излучением будет повыше- там звезды со всех сторон жарят. А в супервойдах частиц будет поменьше (емнип- порядка 1 шутки на км3) и температурка там равновесная по излучению будет равна температуре реликтового фона. но в любом случае- даже по реликтовому фону получается не -270, а -269, что технически- на 30% больше, чем заявленная автором.

  6. Gengenid
    /#23753131 / +6

    Автор, ну какого фига? Вам же на пикабу уже написали, что дело не голосовых связках. Какого вы еще и сюда эту хрень притащили?

    • KLNKLUB
      /#23753823 / -4

      Ну, дело не "не в голосовых связках", а частично все таки в них. Да, действительно причина изменения голоса не только в более быстром колебании связок, тембр изменяется по другим причинам, которые я здесь не упомянул, и все таки будьте добры воздержаться от таких высказываний как "хрень" и тп во время критики.

      • Gengenid
        /#23754013 / +2

        Нет, это именно хрень, а вы копирайтер в худшем смысле этого слова.

        Два дня назад на пикабу вам уже указали, что ваша версия причин изменения голоса от гелия неправильная

        https://pikabu.ru/story/pochemu_geliy_menyaet_nash_golos_a_takzhe_chto_takoe_inertnyie_gazyi_8638967#comments

        но вы даже не сделали попытку изучить вопрос, а то же самое спустя два дня запостили тут, на Хабре.

        По сути, вы просто замусорили русскоязычное пространство Интернета, причем мусор ваш не безвредный, т.к. далеко не все читают комментарии и вполне могут поверить в ваши слова.

  7. Gengenid
    /#23754117 / +3

    Кстати, чтобы понять, что плотность газа в изменении голоса не причем, не нужно даже научных рассуждений.

    В 1965 году Жак Ив Кусто с командой жили под водой на станции Преконтинент-3 на глубине 100 метров и дышали там гелий-кислородной смесью (98% гелия и 2% кислорода) под давлением 11 атмосфер. Плотность этой смеси была примерно 1,9 кг/м^3 (плотность воздуха при н.у. 1,29. Если рассуждать как автор, у них должны были бы быть грубые голоса.

    Но, они много снимали и их голоса вполне можно послушать

    https://youtu.be/q40UaG3H4LY?t=1606

  8. fndrey357
    /#23756267 / -1

    Задумчиво почесывая череп... Аргон - что, не инертный газ? Нормально он живет при атмосфере при температуре 87,3 K (−185,85 °C).

    По поводу наркотического эффекта - это к Грофу. Он вымывание углекислого газа, холотропное дыхание, кислородное опьянение описывал. Добавь в кровь аргон и весело будет.

    Голос меняется? Ну так скорость распространения в воздухе звука 1224 км/ч, в гелии 970 км/час. На 30% разница.

    • Gengenid
      /#23756351

      Лень гуглить опять точную цифру, но в гелии скорость звука больше в 3 раза, чем в воздухе.

  9. dMac
    /#23770613

    Фторидом серы подышать? Ну спасибо, уж лучше ксеноном... Надеюсь, другими своими советами автор никого из пикабушников еще не свел в могилу?

    • KLNKLUB
      /#23788175

      Гексафторид серы IV или Элегаз абсолютно безопасен и используется на праздниках и прочих мероприятиях