书城科普读物运用物理学原理解读生活现象
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第16章 热中的怪异现象(5)

其实,有了一定的热学知识,这是不足为奇的事。因为,可燃物体都有一个着火温度,叫做燃点。物体只有加热到燃点,才会燃烧起来,否则是不会起火的。用纸锅烧水的奥妙就在于:在烧水的过程中,纸随时把它所获得的热传给水。沸腾以后,水要汽化,更需要大量地吸收热。我们知道,在1个大气压下,水的汽化热是539千卡/千克。由于水的沸点在1个大气压下始终保持在100℃,而纸锅的温度也并不比100℃高多少,还远远达不到它的燃点,当然不会燃烧。你看这个所谓的奇迹,又是汽化(沸腾)所造成的。

三十九、热水和冷水谁凝固得快?

处在温暖地区的一般人凭想当然的印象,往往以为冷水要比热水凝固得快,然而处在加拿大和冰岛的寒冷地区,放在户外的热水却比冷水凝固得快,这已经是当地居民的生活常识了,甚至连弗朗西斯·培根都得出同样的结论。你如若不信,可以利用冰箱马上进行实验,每次实验都是热水先凝固。

原因在于开始时热水蒸发较多。如果把质量相同的热水和冷水在结冰天气放在室外,并打开热水容器的盖子,热水由于蒸发会使容器内剩余水的质量减少。因为要冷却的水的质量少,致使容器内的水能够赶上原先比较冷的水的冷却速度并较快地达到凝固点。实际上,冷却速度还与容器的结构、容器上方及水中环流情况多少有点关系。这个结论尽管在高寒地带,如加拿大等地是众所周知的事实,但对处于温暖气候的人们来说,总认为是很神秘的。这就只有借助于实验才能解除这种疑虑了。

四十、滑雪的道理

当人们看到滑雪者滑行如飞的雄姿时,一定赞叹不已吧。然而你可曾知道他们为什么不能在地面上做这些动作呢?这是因为在滑雪时,由于滑雪板与雪的摩擦作用而融化了一层薄雪,使滑雪板与雪之间出现了一薄层水,滑行者就靠这一水层而滑行。就制造滑雪板所用的材料而论,不管是金属还是胶木,对于融化并没有直接的关系。可是,因为金属板的导热性能好,则热量会损失太快而不能维持水层。而胶木(或木制)板导热性能差,足以维持水层。如果雪的温度远低于熔点,就不会有水层,为了减少摩擦力,滑雪板必须涂上蜡。

四十一、雪崩的危害

雪崩是很严重的自然灾害,其破坏力是很大的,在一场干雪雪崩中,位于崩坍的雪团前面有一大片雪粒组成的雾,雪团以高达每小时300多千米的速度从山坡上冲下来,并伴有巨大的力量足以摧毁大树、房屋和钢铁桥梁之类的建筑物。据说,有一名滑雪者遇到了一次雪崩。滑雪者和雪崩块都以如此的高速到达山脚下,由于压缩的缘故,致使山脚周围的空气变得热了起来,因而融化了一部分雪。可是,几分钟内融雪又再度冻结成冰,当他被救护队发现时,不得不动用锯把他从冰中解救出来。

四十二、雪对轮胎的作用

你注意一下北方严寒地区,为了保证安全行驶,车上往往要安装专用的轮胎。它有一块块突起的特殊花纹,这有什么好处呢?原来是当轮胎上一块块的突出物被汽车的重量产生的压力压进雪里时,由于汽车的重量分布在突出物的较小的接触面上,使压强骤然增加,因而可将突出物正下方的雪或冰融化。如果这时路面上再撒上沙子,便可将沙子嵌入雪或冰中,对防止轮胎打滑是很见效的。不仅轮胎如此,滑雪靴的底也有类似的突出物,它起着同样的作用。

四十三、雪花具有对称性吗?

人们爱雪,不仅是因为它白得晶莹剔透,而且它的外形具有对称美。只要你注意观察,便会发现雪花是六角形的(或六角星状),它的结构为什么具有严格的对称性呢?这是由形成雪花的水分子有六角形的结合键所决定的。一旦原始晶体形成(这往往是由杂质的颗粒作为结晶核引起的,在这里结晶核充当了吸引分子的一个起点),水蒸气分子就会扩散并集合到晶体的这些角上。这样,晶体开始向外生长而形成分支,因此雪花具有六角形结构。

四十四、海水结冰后为何盐能淡化?

北极的爱斯基摩人知道海水新近冻结的冰含盐太多,既不能吃,也不能融化后饮用,但海水形成的冰过若干年之后就会淡化。他们还发现,如果把海水结的冰拉到岸上来与海水分开,那么去盐的过程就会加快,尤其是在春夏季节暖和的几个月中这项工作更有效。这却是颇为费解的事,因为气候暖和加速了水分的蒸发,本应使含盐量增加,为什么反而会减少得更快呢?

这是因为冰块中的盐水(即盐水溶液)在水凝固过程中被搁置在许多小槽里。它们因重力作用会向下流动,也会因逐步溶化和再凝固而向冰块中较高温度的地方流动。后者通常也是向下流动的,这是因为冰块不论是漂浮在海面上(海水凝固时放热,故其温度比它上方的空气暖和)还是放置在地面上(地面也比空气高),下面的温度都较高。盐水由这两种效应的影响而从冰块中排出,大约一年后,冰水就变得可以饮用;几年以后,它就几乎不含盐分了。在暖和的季节,地温升高,更加剧了上面说的效应,故海水淡化会加速进行。

四十五、烤肉的绝招

人们为了把肉烤得熟一些,可以把一根金属棒戳入肉中,由于热量由此传入肉的内部比由肉本身传入快,因此使肉熟得快一些。然而,有一种叫做“灼热棒”的器具,它不是实心的金属棒而是空心的金属管,管内盛水并装有一根管芯。为什么有如此装置的空心管比实心棒好呢?

这根金属管较粗的下端,从烤箱中吸取热量并使管内下端的水升温,水吸收热量后变成水蒸气。热蒸汽沿着管子上升到插在较冷的肉里面的管子上端。在这儿水蒸气凝结,释放出水变为蒸汽时所吸收的潜热。随后,冷凝的水又沿管子向下流动,开始循环。由于从液态到气态的过程中吸收了大量的热,而在从气态到液态的过程中又把吸收的热量统统地释放出来,所以热量通过它传递到肉内部要比通过金属实心棒传导快100~1000倍!

(一)白炽灯泡哪个部位先变黑?

白炽灯泡用旧后会变成灰黑色,这是由于灯丝上的钨分子蒸发的缘故。不知你注意到没有,是均匀变黑呢,还是某一部分先变黑呢?当灯泡中少量气体发生对流时,便携带这些钨蒸气分子向上运动,从而使灯泡的颈部先变黑。

(二)敞篷汽车的冷却效应

如果在夏天你有机会乘坐敞篷汽车,那可是很有乐趣的事,微风吹拂,顿觉凉爽异常。这时你可用一只温度计测量一下汽车开动时的温度,并和汽车停放时的温度相比较,你就会发现,汽车行驶时的温度会降低0.5℃左右。这是什么原因?原来车顶上方的气流使乘客坐处的气压降低,这意味着空气在那儿膨胀而稍微变凉。这种现象类似于飞机机翼部上方的气流在快速流动时造成的空气冷却现象,这时在机翼上方甚至会形成一层薄雾,使这种效应变得更为明显。

(三)天空中云的分布

天空中有时飘过几朵白云,有时浓云连绵不断,有时又乌云密布,颇有风趣,你可知这里面的奥妙吗?这是温暖而潮湿的空气柱升空后,由于压强降低自身膨胀而降温的缘故。温度降低后使水分凝结而成云,同时在凝结过程中释放出来的潜热也可以使上升的空气变暖一些。这时云中的水分又重新蒸发,致使云又消失了。因此,云不会始终结合在一起不变,而是持续不断地形成。如果你有兴趣,注视一下天空,便可以观察一片云的形成、变化和消失的全过程。

(四)肚子里香槟酒的变化

当伦敦泰晤士河的水下隧道竣工和两个通口斜井接通时,当地的政界人物在隧道里举行了庆祝活动。遗憾的是,他们在隧道里发现香槟酒因缺乏气体而无味。可是,当他们再回到地面上时,酒在肚子里发出了惊人的爆破声,胀开了他们的马甲、气体几乎从耳朵里冒出来,把他们折腾得很狼狈。一个有身份的人不得不重新跑回隧道深处使香槟酒再度压缩。这究竟是怎么回事呢?

原来隧道深处的大气压强较大,液体内残留着许多二氧化碳。当这些人们重新回到地面时,气体就从液体中释放出来,迫使他们不得不再回到隧道里,使气体的释放减少到可以忍受的程度。你看,喝酒还能使人们洋相百出,致人们于难堪的地步哩。

(五)核爆炸蘑菇云的生成

原子弹爆炸产生的火球非常迅速地加热空气,然后热空气很快地上升,并在它的底部把地面上的空气、灰尘、被炸物的碎片和水分统统地往上卷起并形成蘑菇茎的形状。热空气边上升边因膨胀而变冷,最后终于趋于该区域的空气温度。而后就向水平方向扩展而形成蘑菇盖顶的形状。

(六)可口可乐雾

你可曾注意到,冰冻香槟或冰冻汽水的瓶子在刚打开时,瓶口处常聚集着薄雾。这是因为在瓶子被打开时,压缩在瓶中的空气迅速地膨胀,并在膨胀过程中克服大气压强而做功。做功所消耗的能量来自气体的内能,因而在气体温度降低时造成气体中的一些水蒸气凝结成雾。