在汤花仪式中,执仪者走近—只盛满开水的大锅,突然把两簇细竹插入沸水中,再用力把水甩得很高,落下来的水都淋在他的头、两肩和臂膀上。当水落到锅下面的火上时,就产生噼噼啪啪的尖锐的响声并腾起大团的蒸汽。这种令人望而生畏的表演一直继续到锅中的水几乎没有时方才平静下来,惊得观众个个目瞪口呆。此时由于执仪者经过如此严峻的考验而安然无恙,足以显示出神道教的巨大法力。这里究竟有什么诀窍呢?
其实,看起来锅里的水很热,但是实际上水并未达到沸腾的温度。当表演者把热水甩到空中的时候,水就分散成许多微滴,这些微滴在到达皮肤之前已经有点变凉了。如果表演者在整个表演过程中一直出汗,那么汗水会保护他的皮肤免受水滴烫伤之害,看来诀窍就在这里了。
二十四、沸水是随气压的改变而变的
大家都知道水是在100℃沸腾,可是,不要忘记这是在一个大气压下的沸点。如果在高山上煮水,水的沸点要降低。这是由于随着高度增加,气压降低,沸点也要相应地降低。如在瑞士的伯尔尼,平均气压是713毫米水银柱高,水的沸点在开着的器皿里是98℃;在欧洲的勃朗峰,气压是424毫米水银柱高,沸水的温度是84.5℃。大约每上升1千米,水的沸点要下降3℃。由此我们就可判断在11000米的高处,水的沸点应当是66℃。由此看来,我们可以用沸点来测高度。把这种仪器叫做测高温度计,或者沸点测高器(仪)。
相反地,在气压比地面高得多的深矿井的底部,那里水的沸点要高于100℃,可以得到十分热的沸水。例如在300米的矿井里,水要到101℃才能沸腾,在深达600米的矿井里水的沸点是102℃。
在蒸汽机的锅炉里,由于气压很高,所以水的沸点也极高。例如在14个大气压下,水的沸点高达200℃。反之,在空气泵的罩子底下,那里的气压很低,在20℃的普通室温下就可以使水剧烈地沸腾起来。
由此看来,水的沸点是随着外界气压的变化而变化的,即便是沸腾的水也不一定会烫手。
二十五、热带地区的人
为什么爱穿白色衣服?
住在热带地区的人特别喜欢穿白色衣服,不喜欢穿深色或黑色衣服。这是为了保护穿衣者免受太阳光的直接照射。黑色衣服比白色衣服能更多地吸收可见光与红外光,因而在炎热的气候里应该穿白色衣服为好。由于出汗和蒸发时可以使皮肤凉爽,所以衣服的布料应该多孔和透气。但是在某些地区,衣服应该密实一些,防止穿衣者过多地脱水。例如在中东沙漠地区的阿拉伯人,从头到脚都用布和长衫严严实实地遮盖起来,甚至穿上很多件衣服,是为了减少人体中水分的过量蒸发。
二十六、用铸铁锅烹调的好处
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高,轻便的铝合金炊具已逐步代替笨重的铸铁炊具。但是如同一切事物都各有利弊一样,合金锅由于受热太快且不均匀,食品易烧焦并易粘锅底,故使用起来颇不方便。
精于烹调鲜美食品的厨师都认为:使用铸铁锅烹调食物不易粘底,并且烹调得较透和、均匀。这是由于大而厚实的铸铁与薄合金相比,锅底的温度分布比较均匀些,因此在煸炒食物时能保持食物鲜嫩可口,制作挂浆食品更是透而不焦。然而薄钢锅在炉子的正上方会形成一些热斑,这些热斑往往会引起食物粘锅底。
另外,铁元素是人体生长和维持生命不可缺少的元素。如果长期使用铝质炊具,人体便会摄入过量的铝元素,对人体有害无益,比如会影响人的智力,使老年发生痴呆症等等。由此看来,审慎、科学地选择炊具是生活中的一门学问。
二十七、季节的变幻无常
夏暖冬冷是因为夏天地球离太阳最近,冬天地球离太阳最远吗?实际情况并非如此。比如,北半球的冬季是冷的,这并不是因为地球离太阳较远(相对来说,地球实际上离太阳较近),而是因为地轴的倾斜使白天缩短和太阳在空中的位置降低的缘故。由于这两个原因都会减少白天积存在地球表面上的热量。可是,由于地面和大气的降温要花费一定的时间,因此温度的变化比这些因素的变化要滞后一个月。例如,最冷的月份不是在12月份而是在1月份;同理,最热的月份不是在6月份而是在7月份。
二十八、航天舱外活动的温度
宇航员按照预定的指令要到舱外进行各种活动和实验。宇航员迎着太阳的一面会吸收热辐射,因而使他变热,但是他的整个表面还要辐射热量。因此,宇航员的外套受太阳光照射的一面会变暖,而外套不受阳光照射的一面会变冷(为了调节宇航员全身的温度,外套都有空气调节装置)。如果宇航员手里拿着一只温度计,它的读数应由向着太阳的一面的大小而定。
二十九、“温室效应”对我们的影响
设计和建造温室,总是以使植物保持在温暖的环境中为目的,因此室顶要用透光好的玻璃或塑料薄膜来覆盖。大气污染是由地球上矿物燃料在燃烧时产生的污染物质造成的。污染物质中的一半是二氧化碳,其余的是一氧化氮和甲烷等气体。它们在地球周围呈透明状,笼罩着大地,使整个地球变成了一个庞大的温室。按照“温室效应”的原理,由于这层污染气体阻止地球热量向太空散发,因而导致气温增高,使气候有变暖的趋势。据推测地球上每10年的平均气温至少上升0.3~0.8℃。在热带和南北极地区,气温将上升5℃。由于气温上升将使极地的浮冰在夏季融化,致使海平面在今后50年内上升20~150厘米,全世界大约有30%的大城市肯定要受到影响,其中包括美国东部海岸、荷兰、地中海地区、亚洲东部和南部沿海地区、太平洋东部和南部等地区。
“温室效应”带来的其他影响有:水的蒸发量增大将威胁到水的供应;降水量会减少并影响一些地区的农业,从而导致人口转移,还可能使人们涌向城市;北欧,北美和西伯利亚的冰封海域水温上升将具有军事影响,如果这些海岸线能够通航,就能重新调整基本的安全措施;加拿大北部和西伯利亚的永久冻土带将逐渐消失;鱼群的游栖会发生变化;一些植物和动物的种类将会绝迹。由此看来,“温室效应”的后果引起的气候变化对诸如水利资源、海洋和陆地生态系统、人类生活及健康以及沿海地区经济发展等重要领域将产生何等重要而深远的影响啊!
为对抗“温室效应”对自然界和人类带来的灾难和由此引起的社会动荡,必须采取有效地控制“温室效应”危害的具体措施。如控制以煤为动力的电站及其他设施,大幅度地降低二氧化碳的排放量,改变燃料结构,开发核能、太阳能等其他能源,等等。
对于“温室效应”也有另外一种相反的观点,认为污染形成的气体层不会带来升温,相反会使地面冷却,甚至可能导致另一次冰河时期。持这种观点的人强调指出,所谓“温室效应”通常是被误解了。温室的暖和作用不是由于玻璃截留了任何辐射,而是因为减少或消除了由空气流动所产生的冷却作用。事实上,玻璃是在减少透入暖房的辐射量,而不是由于截留作用而使内部的辐射量增加。至于地球周围的污染层对于太阳辐射中短波长的透射度比长波长要大一些,所以地球外的大气层可以截留辐射。透过大气的短波长辐射中,有一部分辐射被地面吸收,从而使地面变热。此后,地面再发射出次级长波辐射。因为大气对次级长波辐射的透光性不好,一部分次级长波辐射就被截留在大气中。因此,被大气层截留的次级长波辐射和透过大气使地面发热的短波辐射比来自太阳的辐射总量要小,而不是增加。这一方面的论述,在霍伊尔所著的一本杰出的科学幻想小说《黑云》中可读到,它详细地描述了云层对投射到地球上的太阳光的影响,引起了人们的极大兴趣和广泛的关注。
两种观点,孰是孰非,尚需人们对大自然作更进一步地观测,才见分晓。不过,目前多数倾向于地球气温将上升的见解。
三十、人冷的原因
冬季在室外活动,人们很自然地觉得冷,会习惯地增添衣服,在北风凛冽的天气里,还会换上毛皮衣服。这种习惯性的保护动作,是符合科学道理的。因为在风小或无风的情况下,热量损失大部分是由热辐射造成的。任何物体在它的温度超过绝对零度时就辐射热量,温度愈高,它辐射的热量也愈多。物体还从外界吸收热量,获得的热量决定于外界的温度。因为冬天体温总比环境温度高,因而就有净辐射损失,温差越大,净辐射损失也越多,你就感到越冷。
天冷时穿的毛皮外衣是抵御严寒的良好装备,因为在蓬松的毛中蕴藏着大量空气,即所谓气阱,气阱是热的不良导体。特别是把毛皮翻到里面穿上,即便是在有风的天气里也很难破坏毛皮中孤立而不流动的气阱,因此毛皮衣服的保暖性很强。
人们通过调节饮食和调节皮肤的血流率,就可能持久地适应寒冷的气候。比如爱斯基摩人的饮食,比生活在较低纬度地区的大多数人的饮食,更富有蛋白质,这是为了维持较高的基础代谢来抵御寒冷。当年达尔文在南美洲雅甘见到印第安人在接近0℃的气温下只不过在肩上披着一件毛皮斗篷,他们在晚上甚至赤身裸体也睡得很香,这种长期的顽强的适应性的确是罕见的。
为了防止热量通过皮肤迅速地散失,皮肤上的毛细血管就发生强烈的痉挛性的收缩。如果肢体的温度降得太多,人就会哆嗦,这种本能性的动作会使人体暖和起来。
三十一、城市的热岛
久居闹市的人偶尔到郊区走走,往往觉得农村的气温比城市要低一些。经有关部门统计测算,约低5~10℃,城市气温的分布,即所谓“城市的热岛”。这是气象工作者对大小城市所画的城市气温分布图。造成这种现象的原因很多:比如城市中水分蒸发较少,这样就可减少由于水分蒸发而损耗大量的热;城市铺设路面的材料和建筑材料储存的热量比土壤储存的多。城市有高大而复杂的建筑物,阻碍空气对流,所以风通常也较小;还有城市上空弥漫着浓重的灰尘和烟雾等等。这种城乡之间的温差,不仅影响城市人们的生活和穿着,对植物的生长也有作用,春天城市的树先绿,花先开。
三十二、冰箱能冷却房间吗?
在炎热的夏天,有人曾试图打开冰箱的门来冷却房间,这样做合算吗?
打开冰箱门可以使你刹那间感到凉快,但此时冷却系统力图再冷却内部,电动机释放出的热量比释放出来的冷空气所吸收的热量还要多,因此房间甚至会变得更热。然而,有人认为可以暂时偷巧,一打开冰箱的门就拔掉冰箱的通电插头。不过这样做,一是冰箱里的冰镇食品就不再保持冷冻了,二是再启动冰箱的电机时,仍然要放出较多的热量。
三十三、雪水竟然能让水沸腾?
上面我们讲到不能用沸水来烧沸水,那么能不能用雪水来烧沸水呢?让我们先来做个实验。
在小玻璃瓶里装上半瓶水,把它浸在沸腾的盐水锅里,等瓶里的水沸腾了,就把瓶子从锅里拿出来,很快地用塞子塞住瓶口,再把瓶子倒过来。等到瓶里的水不再沸腾时,可重复用沸水来浇瓶底—我们已经知道水不会再沸腾起来。可是如果你在瓶底放一些雪或者用冷水来浇瓶底,这时你就会发现水又重新沸腾起来。在这里,雪竟然做了沸水所不能做到的事情,岂不怪哉!
尤其叫人莫名其妙的是这个瓶子摸上去并不特别烫手,只是感觉有些热罢了,然而你的确亲眼看到水是在沸腾啊!
这里的秘密在于雪把瓶壁冷却了,因此瓶里的蒸汽就凝成水滴。另外瓶在水锅里沸腾时,瓶里的空气已经被赶了出去,这时瓶里的水受到的压力要比之前小得多。我们知道,当加在液体上的压力减小时,它的沸点就会降低。因此在这个瓶里,虽然也是沸水,但是并不怎么烫手。
如果瓶壁非常薄,那么瓶可能会因蒸汽的突然凝聚而被压瘪,这是由于外面空气的压力远大于瓶内的反抗力的缘故。最好用盛煤油或盛植物油的马口铁皮箱来做这个实验,用这种箱子烧沸一点水以后,把箱盖旋紧,再用冷水浇它。由于上面说的箱内外的压强差,铁皮箱会被压扁,像用重锤击过一样。
三十四、云、雾是水蒸气吗?(一)
每当厨房里蒸馒头或蒸米饭时,总是雾气蒙蒙的。乘全天候客机穿云破雾地飞行时,也有此感,通过机舱的舷窗向外望去,一片白茫茫的什么也看不见。因此有人说:“所谓云、雾就是地面上蒸发到空气里的水蒸气,飘浮在高空的是云,靠近地面的是雾。”
谈到这个问题每个戴眼镜的人都有同感,当在寒冷的冬季从室外进入温暖的室内时,镜片立即蒙上一层“哈气(水汽)”,好多人都认为这也是水蒸气在作祟。
其实,上述看法纯属误解,真正的水蒸气都是无色的,是看不见的。厨房里的雾气,镜片上的“哈气”,都是由小水滴组成的,因此不能叫做水蒸气。
那么,镜片出现的“哈气”究竟是怎样形成的呢?如果室温是20℃,空气的相对湿度是70%,在室内戴眼镜的人的镜片温度也是20℃,当然水蒸气就不会在镜片上液化。冬天从室外进入室内的人,镜片的温度要比室内低得多。在这样的低温下,镜片附近空气里的水蒸气除立即达到饱和外,还多出大量的水蒸气附在镜片上并液化成小水滴,这就是通常所说的“哈气”。因此,“哈气”是没有饱和的水蒸气遇冷后变成饱和汽,并且在镜片上液化的小水滴。
同样,云和雾也不是水蒸气,它主要是由水蒸气液化成的小水滴。只要空气中的水蒸气超过饱和,多余的水蒸气就会液化成水滴。
如果温度低于0℃,超饱和的水蒸气还会直接变成冰晶小颗粒,这种从气态直接变成固态的过程,就叫做“凝华”,因此雾中,特别是云中,还常常有无数的小冰晶。
(二)
是不是空气里的相对湿度达到100%,水蒸气就能液化成水滴或凝华成冰晶呢?实际情况并非这样简单。如果空气里没有细小的尘埃等物体,既使水蒸气达到饱和甚至超过饱和,也不会形成水滴或冰晶。只有在空气超过饱和,又存在大量微小尘埃的条件下,水蒸气才会附在尘埃上液化成水滴或者凝华成小冰晶。这些半径只有万分之几厘米的小水滴和小冰晶飘浮在空气里并密集在一起时就形成云和雾。
云悬浮在高空,雾滞留在地面附近,因此有人说,雾只不过是靠近地面的云。由于靠近地面的水蒸气难以达到饱和,所以雾不像云那样经常出现罢了。
地面上含有水蒸气的暖空气密度小,总要不断地上升到温度较低的高空,冷却到一定程度,水蒸气就达到饱和,这时如果有灰尘等微粒存在,水蒸气就附在上面液化或者凝华,形成了高空中的云。