书城科普读物探究式科普丛书-温暖千家的热
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第5章 春江水暖鸭先知——日常生活中的热(3)

首领下令道:“你们每个人都要用舌头去舔一下!神刀只惩罚罪犯,就是谁是罪犯就会烫伤谁,绝不会烫伤好人!”

第一个人没有做贼,他相信首领说的神刀不会烫伤自己,便坦然地走上前去,毫不害怕地伸出舌头舔了一下烧得通红的神刀。只听见“刺啦”一声,他把缩回的舌头重新伸出来给大家看。奇怪,他的舌头果真没有严重地烧伤。

后来一个接一个,许多做贼的人都舔过了,他们的舌头都没有被神刀烫伤。最后终于轮到那个偷东西的人,他因为做贼心虚,一直躲在最后。他口干舌燥,满头大汗,心惊胆战地走到大刀前一舔,“刺啦”一声,他的舌头被烫坏了。于是贼就很容易地被抓到了,部落的人都认为是神刀显灵。据说,到了近代,非洲有些地方依然用这种办法来分辨罪犯和好人。

其实“神刀断案”的说法并不是神刀显灵,而是有科学依据的。

1756年,科学家莱顿·弗罗斯特做过一个有趣的实验:他把一铁勺在炉火中烧得通红,然后把一个小水滴滴到这铁勺上,那水滴居然悬浮起来了,这一滴水悬浮的时间大约持续了30秒。

为什么水滴会悬浮起来呢?原来,当金属温度相当高的时候,下落的水滴一接触到金属,它的底部马上汽化。

汽化的蒸汽来不及跑掉,便形成了一个蒸汽层,这个蒸汽层使水滴悬浮起来。由于水汽不容易导热,水滴暂时得不到更多的热量,汽化的速度就慢了下来。

我们可以由以上的科学说法来解释“神刀断案”的谜,其实“神刀断案”的秘密不在于神,而是跟唾液的多少和唾液的蒸发有关。

我们每个人的口腔里都长着唾液腺,它们不断地向外分泌唾液,滋润着口腔。科学显示成年人每天可分泌约1.5升唾液。有趣的是唾液分泌的多少跟人的心理状态有很大的关系。当人心情紧张、惊慌时,唾液分泌量减少,往往使人口干舌燥,甚至嗓子都会发干变哑。

当人心情平静时,唾液分泌正常,口腔会保持一定的湿润度。

所以没有偷东西的人,泰然自若,唾液充分。他们去舔神刀时,唾液立即蒸发,形成蒸汽保护层,使舌头免于灼伤。偷了东西的人,因为心情紧张,口干舌燥,没有足够的唾液吸热汽化,也不能形成蒸汽层来保护舌头,所以他的舌头就被烫伤了。

18.哈气和吹气

到了每年的冬季,室外气温很低,在外面活动的时候手会冻得很难受,这时人们习惯向手上哈气,连续对着手哈气,手就会感到暖和些。

当我们的手被热气熏了一下的时候,由于难受,我们习惯会对着手吹气。比如当我们从锅里拿刚出笼的馒头,手烫得难受时,也会向手上吹气。

那么,你知道为什么哈气时感到暖和,而吹气又会解除烫感吗?

原来,冬天在室外,手的温度较低,从嘴里哈出的气的温度要高于手的温度,哈出的气速度缓慢,这时热量从哈出的暖气向冷手上传递,提高了手的温度,使手感到暖和。

刚出笼的馒头温度高,用手接触它后,使人产生烫的感觉。当你向手上吹气时,吹出的气速度快,促进了空气的流动,因而加快手上水分的蒸发,水分的蒸发又会从手上吸收热量,这就是吹气使人解除烫感的原因。

19.海水所起的作用

在炎热的夏季,强烈的阳光照射在无垠的海面上,由于海水的比热大,所以海水把大量的热给吸收了,在海滨的人不会感觉到很热。

在冬天的时候,由于水的温度要降低,这时就会放出大量的热,因此在海滨的人会感到异常的寒冷。

同样的道理,这种现象也出现在昼夜。白天的时候,海水吸收热量,海水的温度上升得很缓慢。当到了太阳落山,海水开始放热,放热时的温度降低也不是很快,使得昼夜气温的差别不是很大。由于海水具有这种调节作用,海滨的气候温度宜人,受到内陆地居住的人们的喜爱,人们争相前往海滨度假。

20.黑和白的热效应

在烈日炎炎的夏季,我们一般会穿浅色的衣服,很少穿深色的衣服。有人说这主要是因为浅色衣服比较容易散热,而深色衣服很容易吸热。事实到底是不是这样的呢,我们不妨自己亲自动手做一个类似的实验。

找两个完全相同的玻璃瓶,在其中的一个玻璃瓶外面涂上黑色,另一个外面涂上白色。然后在两个瓶子里装进质量相同、温度相同的冷水,并且在两个瓶子当中各插入一支温度计,放在太阳下面晒。

过了一会儿,我们去观察就会发现,温度计的读数不再相同了,放在黑色玻璃瓶里的温度计指示的温度较高。这说明:黑色物体比白色物体吸收辐射热的本领要强。

接下来我们把这两个瓶里的水倒掉,重新换上质量相同、温度相同的热水,放到冷藏室里。过一会儿发现,两支温度计的读数又不相同了。这一次,放在黑色玻璃瓶里的温度计具有较低的读数。这说明:黑色物体比白色物体向外辐射热的本领强。

从上面的两个实验我们可以得出这样的结论,热辐射与物体颜色的深浅有关。颜色越深的物体,吸收或者辐射热的本领越强;颜色越浅的物体,吸收或者辐射热的本领越弱。

在我国西北的高山上终年积有大量的冰雪,山脚下却经常干旱。

新中国成立后,人民政府便派飞机飞到雪山上空,撒下大量的碳屑,给白雪披上黑装。之后太阳一晒,冰雪就会融化,汇成滚滚的水流流下山来。

我们家庭中广泛应用的太阳能热水器,虽然采用的是新型的太阳能技术,但是在这些热水器的装置中都有一个黑色的采热器。这样就更便于吸收太阳的热量。

在我国北方地区,冬天取暖的火炉会专门涂成黑色,主要是为了增强火炉向周围辐射热的本领。另外人们为了降低幻灯机、变压器的温度,也常常把它们涂成黑色,以增强它们向外辐射热的本领。

宇宙空间没有大气,宇宙飞船只能靠辐射与外界交换热量,因此飞船“外衣”的颜色必须精心选择。一般飞船的外表面都涂成银白色或浅蓝色。当有阳光照射时,由于涂上这种颜色,可以防止飞船温度急剧升高;当没有阳光照射时,又可以起到减弱向外辐射热的作用。在飞船内表面,都涂上黑漆,由于黑色物体吸热和放热的本领都大,这样,卫星向阳面的内侧,因温度较高,容易放热;同时,卫星背阳面的内侧,因温度较低,容易吸热,整个飞船舱内的温度就会比较均衡了。

21.“铁板烧”

吃过“铁板烧”的人都看到过生牛肉丝倒在滚烫的铁板上“刺-刺-刺”作响的情景。

但是,几乎没有人想到这里面还有什么学问可以研究。在200多年前德国物理学家莱顿·弗罗斯特倒是对类似的现象进行过一番研究,1756年他发表一篇论文论述了水滴在高温表面上所发生的奇怪现象。

一只铁勺子在炉火上烧得通红,将小水滴落到勺里会发生什么现象?根据日常经验人们都会这样回答:小水滴落到铁勺表面就立即被汽化了,表面温度越高水滴被汽化得越快。

可是,莱顿·弗罗斯特仔细观察了这个过程,发现实际情况并不是这样的。当第一滴小水滴落到铁勺表面时,它的汽化过程竟然长达30秒。而第二滴的汽化只会延续10秒,以后落下去的水滴只保留1~2秒就被汽化了。这究竟是怎么回事呢?这位物理学家当时作出了正确的解释。遗憾的是,他的论文发表后长期不为人们所重视,直到1956年论文被翻译成英文后,才引起众多业余科学家的研究兴趣。其中有一个叫罗克萨尔的美国中学生,在1978年,他以《当液体落到灼热表面弹起时发生的莱顿·弗罗斯特现象的理论》的论文,获得了美国第37届科学人才选拔赛第八名。

后来经过罗克萨尔等人的进一步的研究,现在对“莱顿·弗罗斯特现象”是这样解释的:当第一滴小水滴落到灼热金属表面时,由于弹性作用它会向上反弹。同时在接触高温表面的一瞬间,水滴表面一薄层被迅速汽化,形成了一个厚约0.1毫米的蒸汽层。这层蒸汽一方面支持住小水滴,使之悬浮在金属板上;另一方面又起了绝热的作用,使得金属表面的热量不能很快传递给水滴,从而延缓了整个水滴的汽化过程。当第二滴水滴落到金属表面时,由于自然冷却和第一滴水的冷却作用,表面温度已经没有最初时的那么高了。

因此,第二滴水表面的水蒸气层就没有那么厚。

由于水蒸气的导热性能比水要差很多,因此水蒸汽层的厚薄对水滴的汽化影响很大。第二滴水的水蒸气层较薄,所以它的汽化就加快了,以后落下去的水滴表面的水蒸气层更薄,所以它们的汽化更快。

22.走马灯知多少

我们都知道,空气有这样一个特质:当它受热之后,体积就会膨胀,因而身体变轻(也就是体重变小了)向上升;受了冷呢,就会收缩变重而向下沉。

走马灯之所以能够自动不停地转动,就是利用空气的这种特性。

一般来说走马灯的构造是这样的:走马灯最主要的部分,就是会自动旋转的部分。你知道这部分怎样做到可以自由转动的吗?这往往是一只用半透明的薄纸糊成的圆筒形成的纸屏,表面画着彩色的图画。圆筒的内部同普通的灯笼一样点着一支蜡烛。所不同的是这只圆筒装在灯架上一根可以转动的轴上,圆筒底部漏空可以通风,圆筒顶上装有一只纸做的风车。粗略一看,灯中点着的这根蜡烛,它的作用似乎只是照亮那只会转动的圆筒形的纸屏,使得人们能看到上面的图画而已。其实,除了这一点之外,它在这盏灯中间还起着一个重要的作用,就是形成这只走马灯转动的动力。

当这支蜡烛点燃之后,圆筒形纸屏内部的空气被它烧热了,空气一受热,灯就会上升,当上升的热空气经过纸屏上那只风车的时候,完全同一股风经过的一样,会把它吹得转动起来。这时候圆筒形纸屏内部原有的空气向上跑掉了,外面的冷空气就立刻从下面补充进去。因此,就源源不断地有上升的热空气去吹动那只风车,使得圆筒形的纸屏不停地转动,直到蜡烛熄灭为止。

23.“高斯”号轮船受困南极冰原

人类为了探索南极的秘密,在困难面前从未止步。例如“高斯”号轮船在1903年到了南极洲,轮船刚到就遇上了大风雪。“高斯”号被冻在一望无边的冰原上,进退两难。

大家都非常着急,船员们想了许多办法来解脱困境。他们试着用炸药炸,用锯子锯……然而这些努力都是徒劳的,没有解决问题。

于是大家都陷入了沉思,考虑着还有什么好的办法来解脱困境。正在大家无计可施的时候,突然有人向船长提议:不如把船上的烟灰和煤屑撒到冰上,请天空中的太阳帮帮忙,也许会把冰化开,使船脱险。

尽管船长对于这个建议深表怀疑──南极的太阳光有这样巨大的威力吗?但除此之外似乎没有更好的办法了,只好试一试。全船的人都被动员起来了,大家忙着收集黑灰和煤屑,把这些东西运到冰上去,围绕着船铺了2000米长的一个大圈,并从船的四周一直铺到最近的一条冰缝去。

大家都知道南极的天气和我们这里是不大相同的。在那里,从9月到第二年的3月是白天,3月到9月是黑夜。“高斯”号当然不会在漫长的黑夜到南极去的,因此铺好煤屑之后,连续不断的阳光虽然不能使别的冰发生变化,而煤屑下的冰层却逐渐融解了。受困的“高斯”号终于恢复了自由,向着预定的目标前进。

这其中的道理其实和我们前面讲到的黑和白的热效应是相同的。

24.蹦蹦跳跳的木塞

不知道大家有没有注意到这样的一个现象,当你打开热水瓶的木塞,倒完一杯开水后,然后又把木塞盖上去,木塞像是有弹簧似的,会自动地跳出来。而且如果你盖得越紧,它就会跳得越高,像是和人在开玩笑。

你知道这是怎么一回事吗?原来空气是导致这一现象的“元凶”。

其实在你把木塞盖上的时候,一股冷空气就趁势钻进了瓶子里面。瓶子里面的空气遇到暖水瓶的热水而受热,体积就要膨胀。由于瓶塞盖紧了,不让它自由膨胀,它就会用力去顶木塞。这时你把木塞盖得越紧,瓶内气体的体积就会压得越小,因此它的压力也就越大,这样,木塞就跳得越高了。

如果你在盖木塞的时候,先把木塞放在瓶口,不要盖紧而留出一点缝隙,然后把暖水瓶轻轻晃动一下,让水汽微微出来,再把木塞盖紧,这样木塞就会很“乖”,不会跳出来了。

25.金碗比不上木碗

传说在很久以前,有个国王要给臣民们赏赐鸡汤,并宣布:谁喝鸡汤喝得最快,谁就对国王最忠诚。由于这个国家是一个等级制度很森严的国家,不同地位的人喝汤,用的碗也不一样:皇族用的是金碗以显示其地位的显赫,大臣用的是银碗,卫士用的铁碗,随从是最没地位的了,所以用的是木碗。

到了赐汤的时辰,众人跪下,厨师为每个人的碗里都盛满了热汤。国王一声令下,大家开始喝汤。皇族、大臣和卫士们心急如焚,恨不得马上端起碗,一口气把鸡汤喝下去,但是他们一摸到碗,立即就被烫得把手缩回去。而随从们却不慌不忙地端起碗,最先把汤喝完了。于是国王不悦,认为皇族、大臣、卫士们都没有随从对国王忠心。

难道真的是因为随从有对国王无比的忠心才把热汤很快喝完吗?我们不妨先自己动手做一个实验,就知道这其中的缘由了。