书城科普读物运用物理学原理解读生活现象
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第18章 生活中的电磁(2)

(一)电击致死能复活吗?

人遭电击后也有许多死而复活的例子,甚至有些人在电击后呼吸停止达20分钟之久,仍能从死亡中活了下来,并且没有电休克(电震)或缺氧所造成的明显大脑损伤。有人认为这是由于休克暂时改变了大脑对氧的至关重要的供需关系的结果。

人受电击时,如果大量电流进入受害者的躯体,此人极其可能因内脏—尤其是心脏—烧伤死亡(电死实则是烧死!)。但是,如果一个人淋湿了,那么电流就可能不穿透躯体内部,于是大部分电流沿着身体外的水层而往下流(如同湿树受电击可以完整无损相仿)。在这种情况下,受害者的呼吸和心跳可能因电击而停止,不过迅速地进行人工呼吸可使受害者复活。实际上,在电击中很多受害者并没有被闪电直接击中,而是被直接受击体的侧向爆裂物击中或被闪电产生的地面电流所击倒。有一位复活的病例有过这样的记载:因电击而休克的人经过长时间抢救后从表现上仍无复活的迹象,于是有人说:已经没有救活的希望了,停止抢救吧,但是有人仍坚持继续抢救,不停地做人工呼吸,终于奇迹般地使这位受害者死而复生。这位复活的人苏醒后的第一句话就是问谁主张停止抢救。可见当时他的神经功能已经恢复了,只不过不能动罢了。由此看来,对电击而假死的人,过早地放弃抢救是何等令人痛惜!而不遗余力地积极救护才是当务之急,也是革命人道主义的真正体现。

(二)怎样翻阅旧书?

在博物馆或图书馆里有些珍贵的古书已经陈旧不堪,以至于在翻的时候无论怎样小心,书页都要破坏。但是,为了满足阅读和研究的需要又得常常翻阅它们。这样的书页怎样去翻它呢?

为了解决这一难题可借助于静电来帮忙,就是使书卷充电。书里相邻各页得到同种电荷之后,由于相互排斥,因而可以毫不损伤地一页页分了开来。也可以用结实的纸去裱它。

(三)苹果电池

伏特电池是一种化学电池,把铜板和锌板放入硫酸溶液里,由于化学反应,铜板上集中了大量的正电荷,成为电池的正极,锌板上集中了大量的负电荷,成为电池的负极,在这过程中化学能转化为电能。用导线把两块金属板连接起来,在电路中就有电流通过,可以使小灯泡发亮。

其实,水果和蔬菜,像柠檬、苹果、西红柿和土豆等,也可以制作成电池。

拿一个苹果,把它弄软,然后把一根铜丝和一把小刀插入苹果里,铜丝和小刀相距1厘米左右,不能相碰,到此苹果电池就做成了。

把耳机线的一头接到铜丝上,另一头跟小刀接触,你就会听到耳机里发出“喀喀”的响声。如果用两根导线分别和铜丝、小刀相连,再把它们的另一头和舌头接触,舌头立即就有麻电的感觉。由此可见,苹果电池产生的电流通过了耳机或者舌头。

不但苹果可以做成电池,土豆也可以做电池。找12个土豆,12块锌片和铜片,锌片可以用旧电池的外皮剪制而成。在每个土豆上切两道刀痕,刀痕间隔大约1厘米,分别插入锌片和铜片,然后用导线依次把一个土豆上的铜片和另一个土豆上的锌片连接起来,土豆电池就制成了。这实际上是由12个土豆电池串联而成的土豆电池组,能使1.5V的小电珠发光。

在19世纪初,戴维曾经用2000个伏特电池组成电堆,可以点燃碳极电弧,成功地制造了第一个实用的电光源。

(四)触电死亡的原因

随着经济的发展,人民生活的提高,家用电器越来越普及到千家万户。电如同一切事物一样也具有利弊的双重性,稍有不慎触电事故便屡有发生,轻则伤,重则亡。因此,安全用电已是日常生活中不可缺少的常识了。

大体上讲,电流通过人体所产生的影响如下:

小于0.01安培有麻刺感或无感觉,0.02安培有疼痛以及被带电元件粘住而脱不开身,0.03安培使呼吸紊乱,0.07安培使呼吸极度困难,0.1安培因心肌纤维震颤而死亡,大于0.2安培无心肌纤维震颤,但有严重烧伤及呼吸困难。

通常,电流强度在0.1~0.2安培之间是最致命的,因为这个电流强度会引起心肌纤维震颤。这种震颤是一种心肌失去控制的痉挛性颤搐,其结果是血流停止,并导致迅速死亡。可是超过0.2安培的电流只造成心脏停跳,经常规急救措施就能使心脏重新跳动,因此有控制的电击是使心肌纤维震颤停止的唯一办法。由此可见,0.1~0.2安培范围内的电流强度,与较大的电流相比,更易引起死亡。

通过遇难者的电流强度,一般说来取决于皮肤的电阻,其范围大约在湿皮肤的电阻1千欧及干皮肤的电阻500千欧之间。足够大的电流可引起手脚肌肉收缩,触电者往往有抓住不放的现象。起初,往往电流强度并未达到致命的大小,但因皮肤的电阻是随时间增加而减小的,当电流强度达到0.1安培时便可致人于死地,电流通过人体要放热,因此人被电死,实际上是电流通过人体(尤其是心脏)时,把人烧死了。如果发现某人触电而被粘在电线上却还活着,应该在保证安全的情况下(千万不可直接用手拉!),如用干木棒或干衣物、绳索等将触电者尽快与电线分离,不然他就会很快死亡。为避免被粘在电线上,有经验的电工在工作时,往往用手背或指背来移动通电的导线,要是这种接触会引起触电的话,那么肌肉收缩就使手自然地脱离电线了。这是行之有效的经验,奉劝人们效仿之。

(五)蛙腿实验的机理

在18世纪80年代,伽伐尼做了一个蛙腿神经系统控制功能的实验,他把一根黄铜横杆插入铁制的底座上。挂着的蛙腿可以触到部分底座,但是它接触一次就会收缩而立即进入痉挛状态。当痉挛解除时,蛙腿就会下垂,又接触底座,因而再一次发生痉挛。蛙腿的神经系统究竟是在什么作用下实现这种控制功能的呢?

由原子物理的能级理论得知,不同金属传导电子(核的最外层电子—价电子)的能级不同,在两种金属接触时(在这里是铜和铁),它们之间就会存在一个电势差。当蛙腿碰到底座时,通过横支杆、底座和蛙腿形成一个闭合回路,在电势差—电压的作用下,传导电子就流经回路。电流刺激了蛙腿的神经,再由神经控制蛙腿肌肉迅速地收缩。

(六)鸟为什么能停在高压线上?

人们对通电导线都是望而生畏的,人畜等由于不慎而触电死亡的事情屡有发生。尤其是高压线落地之后,还会产生跨步电压,倘若误入其中,虽未接触电线,也会有触电的危险。但是,我们经常注意到停落在电线上的鸟却安然无恙。这是为何?

要了解高压线上的鸟未毙命的原因,应该注意到停在电线上的鸟的身体,好比电路的一个分路,由于鸟的爪、腿部被鳞片覆盖着,电阻比起另一个分路(鸟的两爪之间的那部分很短的电线)要大得多,因此通过鸟体的电流就非常小,不会对鸟有什么危害。但是,如果鸟体的任何一部分,如翅膀、尾部或嘴触到同地相连的物体,则马上就有电流通过它的身体而流入大地,使它触电身亡。电线杆上的横担不与地绝缘,停在上面的鸟再和电线磨嘴(鸟类常有这种习惯)也要触电身亡。为了保护鸟类不致触电,有些国家(如德国)和地区在高压杆的横担上装设绝缘的架子,使鸟类不但可以停在上面,而且还可以安全地在电线上磨嘴。也有的安装特殊设备,使鸟不能在电杆上筑巢或碰到它。

随着电力事业的发展,必须大力提倡保护飞禽,它们是各种害虫的天敌,这样也有利于农业和林业的发展。

(七)电池的正确使用方法

如果电池用旧了,能否以旧代新。比如一台晶体管收音机的电源电压是4.5伏,如用新电池,三节便够了。现有电动势约为1.2伏的旧电池,为节约起见能否用四节旧电池来代替呢?如可行,既利用了废旧电源,又能满足需要,一举两得,岂不妙哉。但是在使用中很令人失望,电池用了不长时间,收音机便哑然无声了。

这种“妙法”为什么不妙呢?原因在于分析问题的片面性。使用电源,不仅要考虑电动势的高低,还应考虑内电阻的大小。比如一节新电池,电动势是1.5伏,内阻约为0.5欧。在使用中当电动势降到1.1伏左右时,内阻却迅速增加,有的高达几百欧。

为了便于说明这个问题,我们以小灯泡为例进行分析。设两节新电池的总电动势ε为3伏,总内阻r=1欧。灯泡的电阻为9欧。根据闭合电路欧姆定律,算得电路中的电流强度I=ε/R+r=0.3安。内阻上的电压U内=Ir=0.3伏,灯泡上的电压U外=IR=2.7伏。这时,电池的总功率N=Iε=0.9瓦,其中消耗在内阻上的功率N内=IU内=0.09瓦,占总功率的10%,而消耗在灯泡上的功率N外=0.81瓦,占总功率的90%,能使灯泡正常发光。

假如把三节电动势为1.2伏,内阻都是10欧的旧电池和小灯泡连成电路,可算出电路上的电流仅有0.092安,灯泡上的电压只有0.83伏,而内阻上的电压为2.76伏。此时,消耗在内阻上的功率为0.25瓦,而消耗在灯泡上的功率只有0.08瓦,只有两节新电池的1/10,这时看到灯泡内只有一个小红点,灯光暗淡得很。这说明大部分电能都消耗在内阻上。

也有些人为了“省电”,往往把新、旧电池搭配起来使用,其实这样做不但不省电,反而浪费电能。正如上面提到的,旧电池的内阻大,在有电流通过时,内电路上的电压降增大,导致新电池中相当多的电能白白地消耗在旧电池的内阻上,这是很不合算的。

懂了上面的道理,以后再更换电池时,不能凭想当然盲目乱来,要按科学规律办事才能获得良好的效果。

(八)微波炉

微波炉的应用已愈来愈广泛,它的最大特点之一是被它烤的食物是从里向外熟的,因此不但烘烤时间短,而且烤得透,不会出现夹生现象。比如用来烤肉,微波被肉吸收,尤其是被肉中的水分吸收更多,深度可达数厘米之深。吸收率与深度的关系取决于微波的频率:频率越低,烘烤越深,多数微波炉的工作频率为2450千赫。微波炉要设计得使肉基本上在各个方向上都充满着微波为最佳。如果肉不太大,从所有方向到达肉中心的辐射量,就会大于从任一边开始进入肉内的辐射量。结果,肉的中心会比外层要吸收得多,肉中心熟得较快。这就是微波烘烤食物的奥妙。

(九)怎样防磁?

钢、铁能被磁化,也是因为它们的分子磁体在外磁场的磁力的作用下能按一定的方向排列起来。如此说来,这些物质的磁化是磁力穿透这些物质的结果。其实不然,磁力并不能穿透一切物体,说来也奇怪,原来最易磁化的铁,却是不能使磁透过的物质。比如,把指南针放在铁壳子里,就不会受到壳外磁铁的作用。这就是说,铁壳屏蔽了磁。

根据同样的道理,为了抗磁,用铁壳或钢壳封闭的表就不会因磁化走时不准了。我们也可以把怕受磁力干扰的仪器用铁壳子罩起来或在铁皮屋子里做实验。这和金属外壳能屏蔽静电有相似的作用。

(十)电磁铁选用

在农作物的种籽里往往掺有杂草种籽。杂草之所以能在千万年内野火烧不尽,春风吹又生,或百锄不衰,在同大自然优胜劣汰中生存下来,是由于它们浑身长满了绒毛,能够粘在从旁边走过的动物的毛皮上,或随风飘荡,从而散布到离母本植物很远的地方去。人们就利用它这个特点除掉它。办法是在混有杂草种子的作物种籽里撒上一些铁屑,铁屑就会紧紧地粘在长有绒毛的杂草种子上,而不会粘在光滑的作物种子上。然后再用磁力足够强的电磁铁把带有铁屑的杂草种子吸出来,而光滑的作物种子则留下来,从而达到选种的目的。

(十一)超高压输电带来的危险

为了进一步提高输电效率,现在建立了“纽高压”(765千伏)输电线。从输电的效益来看这样做是有利的,但是却给输电线附近的居民带来了烦恼。尤其令人不安的是输电线常常发出伊利蓝色(crieblue)的辉光,并且能使没有接通开关的荧光灯莫名其妙地发光。然而,更有威胁性的是,人们在接触高压输电线附近的金属物体时会受到电击,如接触各种车辆,铁丝网甚至湿的晒衣绳而受到电击的事故是不胜枚举的。在高压输电线下生活的居民经常抱怨说:“我们好像生活在瀑布附近一样。”

出现这些现象的原因是:交流高压电会在附近的金属物体中感应出交流电,当人体接触到这些金属物体的一部分并使之通地时,就可能发生放电火花。

1987年美国有一研究小组的研究结果表明:居住在受电力线较强的电磁场辐射房屋中的儿童比居住在受较弱电磁场辐射房屋中的儿童更容易得癌症,前者大约是后者的1.7倍;而患血癌、淋巴癌和软组织肿瘤的危险性更大!

近年来,生物医学研究者表明,低频电磁场能破坏人体自然免疫系统,改变激素的生成,促进肿瘤的生长。某种电磁场尽管本身没有致癌性,但由于抑制人体防御系统,可以激化癌细胞的发展,也可以跟环境污染一起促进癌症发展,这对电工、电子设备的设计、制造、维修和安装等人员无疑也有很大的危险性。