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第29章 有趣的热学(3)

如果你不想更换已经购买的漂亮玻璃杯,下面的这个妙招能使杯子的使用寿命变长些。倒热水前在杯子里放上一把金属质地的茶匙,最好是银制的茶匙。金属茶匙能够有效地传导热,缓解受热不均的现象。

在杯子里放上茶匙之后,滚烫的热水在把玻璃加热之前,会先传导一部分热量给金属茶匙,从而接触到不良导体玻璃的水的温度就变低了,热水变成温水也就不会损坏杯子了。这时候继续倒热水也不会有危险,因为杯子已经变热了。

那为什么要选用银质的茶匙呢?因为在所有的金属中,银质物品的导热性更好,吸收热量的速度也更快。如果你无法判断茶匙的质地,就把银质的茶匙和其他质地的茶匙放在茶杯里,其他金属制成的汤匙是不会烫手的。

需要注意的是,玻璃杯的炸裂的情况不仅发生在倒入热水时,当原本温度很高的杯子快速降温时,玻璃杯也会发生炸裂。产生这种现象的原因不再是因为玻璃受热膨胀不均,而是因为玻璃遇冷收缩不均。当外界环境的气温降低时,玻璃杯壁的外层因为快速冷却而发生收缩,同时施加给还没有冷却收缩的内壁巨大的压力,导致杯子破裂。所以,炎炎夏日,我们最好不要为了喝冰镇的果汁,而把刚冲好的热果汁直接放到冰箱里或者冷水里。

【物理碰碰车】什么材质的实验器皿最结实

由于玻璃器皿存在着受热或者遇冷不均的问题,所以实验器皿常常是用很薄的玻璃制成的,这样热量可以很快传导到整个试管,即使直接放在酒精灯上加热也不用担心其破裂。如果资金充足,最理想的实验器皿应该是石英材料。石英是一种很少遇热发生膨胀的材质,它的膨胀系数大概也就是玻璃的十五分之一到二十分之一,所以石英制成的厚器皿,无论你如何加热都不会破裂。甚至你将烧得已经微微发红的石英器皿直接丢入冰水里也不用担心,因为石英还具备良好的导热性。

“吹”风车的手掌

风车是很简单易做的一种玩具,转动的时候常常是因为有风吹过或者嘴巴对着它吹气。还有一种吹动它的方式很奇特,你一定想象不到、

首先我们要做一个风车。让我们找到一张薄薄的卷烟纸,然后把它剪成一个长方形。沿着横竖两条中线各对折一下再展开,然后在两条线交叉的点扎上一根针,让纸片的重心恰好由针尖支撑。

当纸片处于平衡的位置时,只要一点点气流的变化,它就会开始转动。神奇的是即便你不用嘴吹它,只要小心地将手靠近做好的纸风车,你就会看到它开始旋转,速度会越来越快。只要你一把手拿开,纸片就立刻停止转动。

这种神奇的现象曾经引发人们的热议,这个现象让神秘主义的信徒找到理由,让人们相信自身具有某种超自然的力量。可是其实事情再简单不过,人的体温高于周围的空气,当人的手靠近风车时,被人的体温加热的空气向上升起,推动纸片随着气流转动。留心观察的人能够发现风车在转动的时候恰好沿着手腕到手心再到手指的方向。因为手指末端的温度要低于手心,所以手心附近形成的上升气流较强,也对纸片产生了较大的冲击。

【物理碰碰车】为什么夏天车胎不能气太足?

夏天的时候特别容易爆胎,如果你的车胎气很足的话,那简直是必爆无疑。不过,你想过这其中的原因吗?

那是因为车胎的气体受热之后,分子运动会越发激烈,容易膨胀。如果气很足的话,膨胀的气体分子被束缚在小小的空间里横冲直撞,它们很快就觉得这里太拥挤,不适合自己生活,于是就冲破了车胎的阻碍,跑到空气中去大展拳脚了,不过我们的车胎也已经被胀破了。

太阳杀死了北极熊

寒冷的冬天,你的双手被冻得通红,此时只要抱着一个暖水袋,双手很快就变得暖烘烘的。把热水倒进杯子时,原本冰凉的杯子也会变得像热水一样烫,用手去碰甚至会烫到手。这都是很常见的生活现象,可你想过吗?为什么接触了热水袋和热水的双手和杯子,会变得像它们一样热呢?难道热会跑?你说对了!现在我们就来研究一下会“跑”的热——热传递!

新闻上常常会呼吁大家爱护环境,否则北极熊就可能要被太阳杀死了!可是太阳怎么能杀死北极熊呢?事情的经过是这样的:一只在水中游了很久的北极熊好不容易找到了一个浮冰落脚,可热量很快使冰块融化了,落进水中的北极熊没了继续游动的力气,最终溺死了!

好离奇的事件,北极熊也会溺死!不过,这只北极熊究竟是怎么死的呢?它的死真的和太阳有关系吗?

当然有关系,因为太阳把冰块融化是很正常的事情,就像热水袋会暖热手,倒进热水后杯子会变热一样正常。这就是热传递。热传递就是热量从温度高的物体传到温度低的物体,或从物体的高温部分传到低温部分的过程。自然界中,热传递现象非常普遍,只要物体之间或同一物体的不同部分之间温度不一样,就会发生热传递,并将一直继续到温度相同为止。发生热传递的唯一条件就是存在温度差,与物体的状态,物体间是否接触都没有关系。

不过,把北极熊的死全部归罪于太阳也是不公平的。因为太阳的热量原本是不足以让这么多的北极熊失去家园的,是因为人类向空中排放了太多的温室气体让太阳的热量无法被反射回高空中造成的。这些温室气体就像帽子一样盖在北极上空,而且太阳还源源不断地输送着热量,所以北极的冰山融化速度就变得很快,北极熊也面临着失去家园和死亡的危机。看到这里,你觉得杀死北极熊的凶手是谁呢?

【物理碰碰车】电脑中的热传递

在电脑中,CPU是整台电脑的“司令部”,它工作的时候会产生大量的热。为了更有效地散热,电脑中安装了很多散热片,这些散热片可以增加散热的有效面积,利用热传导方式快速散热;与此同时,散热片上还安装了风扇,这个风扇高速运转的时候可以增加空气的对流,促使机箱把热量传出去,确保电脑正常工作。

大皮袄带不来温暖

一到冬天我们就会里三层外三层地穿衣服,想要让自己变得更暖和一些。然而其实真正御寒的并不是厚厚的皮袄。如果你不相信,你可以找来一个温度计,记下它的读数,然后把它放进皮袄里,过几分钟取出来再观察它的指数。这时候你会惊讶地发现指数一点都没有改变。

所以,皮袄并不会给人带来温暖并不是一句玩笑话,在事实面前不容许人表示怀疑。可是穿着大皮袄明明更暖和,这是怎么回事呢?

你可以找来两个装有冰的小瓶子,把其中的一个先裹在皮袄里,再把裹着小瓶的皮袄放在室内,另一个小瓶子直接放在室内。等到裸露在空气中的瓶子里的冰融化再打开皮袄,观察其中冰的变化。你会发现冰几乎没化,还保持着原来的大小。这足以证明皮袄不会给冰带来温暖,反而能够推迟冰的融化。

这些结论都有事实做依据,很难被推翻。如果“给人温暖”指的是提供热量,那么皮袄确实无法给人体提供温暖。灯、炉子、暖气之所以能给人带来温暖是因为它本身就是热源。皮袄不可能提供热量,但是它能够防止热量流失。人体本身就是一个恒温的热源,我们之所以会觉得穿皮袄比不穿皮袄要暖和得多,因为皮袄阻止了我们身体热量的散失。

用来做实验的温度计,自身不能产生热量,所以它的指数也不会随着裹进皮袄而改变。反倒是冰块,由于皮袄将它和外界的空气隔绝,阻挡了冰块对室内热量的吸收,因此在很长的时间内不会融化。

由上面的叙述我们可以知道,身着皮袄时,是我们给了皮袄热量,而不是皮袄带给人温暖,皮袄只起到一个保暖的作用。

【物理碰碰车】瑞雪兆丰年的物理原理

严冬时节覆盖在地面上厚雪也能起到和皮袄一样的作用,它覆盖在土壤表层,阻止热量从土壤中流失,所以插在被雪覆盖的土壤里的温度计,要比插在没被雪覆盖的地面上的温度高。这样厚的雪如果盖在过冬的农作物上面,还可以为植物保暖,使农作物的长势更好。所以谚语“瑞雪兆丰年”也是有科学道理的。

冰箱能给屋子降温吗

冰箱能当空调用吗?某天,当家里的空调和电扇都坏掉,而天又热得让人受不了时,你是否这样想过?把冰箱当空调用,想法不错,可惜不科学。

要知道,冰箱是让热量逆转的装置,类似于用抽水泵把地下的水吸到地面上来。具体来说就是,冰箱利用电能,让温度从低处向高处转移。为让冰箱内部的温度一直维持较低状态,热量会被不断地排到冰箱外面去。

这样一来,想把冰箱当空调,其实恰恰事与愿违!按你的想法,打开冰箱门后,冰箱里的冷气会冒出来,让房间里的空气变凉。但不要忘了,冰箱之所以温度低是因为电机把热量排出去了,如果你打开冰箱门,外面的热量进入冰箱,冰箱内的温度就会升高。此时,为维持之前的低温状态,电机会做更多的功,排出更多热量。而这些热量,毫无疑问,进入了房间的空气中。这样一来,屋子里只会越来越热!

当然,如果你能在冰箱后面的墙上打一个洞,使电机直接把热量排到屋外,屋内的温度就会降低!不过,你能在墙上打出一个跟冰箱一样大的洞吗?要是不能,还是不要胡思乱想了!

【物理碰碰车】150℃的气体不伤手

如果将手放入100℃滚烫的热水中,即使只有三秒钟的时间,也会被严重烫伤。如果将手放入150℃的空气中,停留五秒左右,这只手会怎样呢?是会被彻底烧烂?还是会让人感到温温的,而不至于被烫伤?答案是后者。

当手放入100℃滚烫的热水中,手周围的气体膜瞬间被热水所溶解,因此会被严重烫伤。但是,当我们把手放入150℃的空气中时,由于在这之前手曾和外面的冷空气接触过,手的表面形成了一层类似保护膜的薄膜,不会立即感到150℃的热气,所以只会产生暖暖的感觉——干燥器和烤箱就是根据这个原理,使我们伸手取食物时不会被烫伤。

我不要变热——保温瓶的故事

热传递的好处看起来似乎很多,可是有时它也很招人讨厌!英国大科学家杜瓦就是这样认为的。

19世纪末的一天,杜瓦完成了一个实验:在超低温度下,把气体氢压缩成液态氢。这在当时是很难得的,但有个问题:怎样保存低温液态氢?用瓶子保存的话,因为热传递,外界的热量会很快使瓶子的温度升高,而一旦温度升高液态氢又会变成气态氢。真麻烦!杜瓦对此苦恼不已。

那时,杜瓦已经知道热传递有三种方式:传导、对流和辐射。传导,发生在两个直接接触的物体间;对流,发生在流体中温度不同的各部分之间;辐射,则是物体通过电磁波传递热能,它不需要介质,可以在真空中进行。

只要切断这三种方式,就能阻止热传递。于是,杜瓦做了一个带盖子的双层瓶子,将两层间的空气抽掉,形成真空,又在夹层里涂了一层银,把辐射给反射回去。如此,三种热传递方式都切断了,液态氢完好地保存了下来。

你认识这个瓶子吗?没错,这就是最初的保温瓶。虽然杜瓦发明保温瓶是为了科学研究,但也无意中给人类创造了一件生活品,这个发明真的很不错!

【物理碰碰车】“神奇冷冻枪”存在吗

电影《蝙蝠侠与罗宾》的同学一定记得那把冷冻枪吧?不管是什么物体,只要被冷冻枪射出的光线击中,就会立刻变成冰块,这枪真是太厉害了!

可是现实生活中,有这样的枪吗?热量是永不会消失的,只会向别的地方转移。如果物体被冻僵了,说明它的热量减少了,而减少的热量是要转移到别的地方去的。但实际上,冷冻枪是无法让热量转移的,因此,冷冻枪只能存在于电影里,现实中是不可能有的!

开水中游泳的金鱼

如果看过《阿凡提》这部动画片,你一定会折服于阿凡提大叔的智慧,似乎阿凡提的东西都具有神奇的力量,完全不符合日产生活获得的经验。下面我们来看一条阿凡提的神奇金鱼。 “阿凡提,最近听说你买了几条漂亮的鱼,想必很好吃吧。”贪婪的巴依老爷问道。

“不,老爷,金鱼好看不好吃。”阿凡提不卑不亢。

“哼哼,我不信!”巴依老爷霸道惯了,“明天拿你的金鱼来,我要亲口品品鲜。”

不管阿凡提如何解释,巴依老爷都不听,一定要把金鱼煮着吃。

阿凡提很生气,在回家的路上边走边想,突然一条妙计出现在脑海中,他连夜打制了一个双层的锅,内锅的下边包上了隔热的石棉。在火烧外锅时,外锅的水烧开了;热传到内锅时,只能传给内锅的上沿,只能烧开内锅最上边的水。由于水是热的不良导体,热水在最上边,又不能造成对流,所以锅下部的水仍是冷的。鱼都躲在冷水里,当然安然无恙。不过时间可不能过久,否则内锅下边的水也会因为传导而热起来。

第二天,阿凡提提着鱼缸来了。里面的金鱼,闪光发亮,优哉游哉。巴依老爷一看,馋涎欲滴,马上令人煮鱼。

“慢着,这可是神鱼,你小心吃了冒犯神灵受惩罚。”阿凡提说。

“我偏要吃。”

“神鱼是煮不死的,难道你要生吞活鱼?”

“哪有煮不死的道理?拿锅来,当面煮!”

“不必了,这里有锅。”阿凡提指指鱼缸下面那盒子样的东西,拿开一看,原来是个锅。阿

凡提让仆人倒进水去,又舀了几条金鱼放进去,便在下面生起火来。过了一会儿,锅里的水沸腾了,热气“突突”向外冒。阿凡提边撤火边舀出锅里的开水洒在地上,啪啪作响。他大声说:“水烧开了,亲眼看到了吧?再看鱼呢?”他将鱼倒进鱼缸,活蹦乱跳,根本不像在开水里呆过的。

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