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我们的1649(我们的1654)-第13部分

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    8。在显微镜下,可以观察水中的灰尘、花粉粒的运动,从侧面可以得知水分子的运动规律,就是没有规律。这一运动称为布朗运动,以英国人布朗命名。

    9。液体分子之间有吸引力,维持液体体积不变。造成这种吸引力的因素和原子的类型有密切关系。水内部的分子受到各个方向吸引力,但是表面的水分子只能收到下方的吸引力,造成水分子被拉入水中。最终表面的水分子数量达到最小,无法再被吸入内部。就在水表面就形成一层膜,这次膜具有一定韧性,可以让小动物、昆虫在上面奔跑。这层膜的效果就使用表面张力来等效。

    在液体与气体(非液体同一种物质)分界面,大量液体分子进入气体,称为汽化。少量气体分子进入液体,称为溶解。当进入的气体分子数量和重新离开液体的气体分子数量相等时,称为饱和溶解,这时候进入液体的分子数量不再增加。此时一定体积的液体中溶解的气体分子总质量称为溶解度。当液体外气体分子的数量减小时,表现为气压强降低,则液体中的气体分子数量会下降,在一个较低水平重新达到平衡,也就是说,气压降低,则气体溶解度下降。当温度升高时,分子活动加剧,气体分子更容易离开液体,也导致溶解度下降。因为溶解度随气压和温度相关,因此给出溶解度时,就得同时给出当时的压强和温度。

    固体和气体,也有类似情况,不过只有少量固体可以吸收大量气体,多数固体吸收的气体微乎其微。而固体也可以溶解到液体中,事实上,我们身体的大量生理活动,都是因溶解才得以发生。液体溶解固体,也同样有溶解度,时常伴随着放热或吸热。液体温度升高时,多数固体的分子更易进入液体,溶解度增加,这个和气体完全相反。

    思考:

    1。水中生存着大量动物,除了那些哺乳动物可以从空气获得氧气,其他动物都是从水中获取氧气,这些都是从空气溶解进入水中的。1立方米空气含氧气大约320克,1立方米海水含氧气6克…12克,北极地区海水中氧气含量几乎是赤道地区的2倍。可以肯定,海洋动物的呼吸效率更高。

    2。海边的渔民在潜水时经常会得潜水病。在潜入海中四十米后,气压增加到五个大气压,空气中的氮气大量溶解进入血液中。当浮出水面时,气压恢复标准大气压,则血液中的氮气大量逸出,形成气泡,堵塞毛细血管,尤其是脑部,引起身体障碍。治疗这种疾病,就让病人进入高压气室,这样氮气泡又慢慢溶解进入血液。等身体无碍后,缓慢降低压力,让氮气慢慢逸出体内,最后可以恢复正常。军队的潜水员则呼吸氧气和氦气的混合气体,氦气的分子是单原子,溶解度随压力基本不变,因此可以自如地在海中上下。但是氦气很贵,一般人用不上。空气中的氦气非常少,工业获取氦气是从存在放射性元素衰变产物的天然气中提取。氦气的密度仅大于氢气,并且不可能燃烧,是安全的气球的填充气。德国制造齐柏林飞艇,由于无法从美国进口到氦气,故使用氢气填充,最后因氢气泄漏燃烧发生灾难。

    3。盐是人体必需的物品。盐在水中的溶解度随着温度增高变化很小。而和盐伴生的硝随着温度增加溶解度大幅度增加。早期海边产盐(满清以前)是用火加热大锅海水,让盐结晶。后期是置海水于浅池中,让太阳暴晒,大量的盐就结晶而出。内陆的盐池也同样如此,可以夏天产盐,并且冬天可以产硝。

    4。硝石(硝酸钾,智利硝石:硝酸钠,挪威硝石:硝酸钙,芒硝:二水硫酸钠)溶解于水,吸收大量热,因此可以用来制冰。古代埃及和中国都使用过这种方法。

    5。汞,常温下液态,俗称水银。可以溶解大多数金属。汞溶解银后形成的合金,用于补牙填充。古代的鎏金技术就是使用汞溶解金,涂抹在器物表面,再加热令汞挥发。最后打磨成型。

    6。铁、钴、镍的化学性质接近,都可以吸收一氧化碳。一个原子配四个一氧化碳分子。大家可以计算一体积铁可以吸收多少体积的一氧化碳。

    二十世纪开始后,物理学进入一个新的阶段。原子本认为是不可再分,阴极射线实验发现电子,证明原子内部还有其他结构。最终认定原子中心是原子核,带正电,周围是电子环绕,带负电。类似于地球环绕太阳的情况。电子以接近光速的速度绕原子核而行,原子的质量基本集中在原子核,而原子核的体积相比原子所占的体积(在分子范围)可以忽略,也就是说原子内部其实空空荡荡。不同元素的原子内电子数量不同。当电子数量较多时,电子还分层环绕,就像太阳系情况。

    我们通常发现不同的元素的特性,主要是原子内部外层电子变化引起。我们认为的剧烈燃烧、爆炸等现象其实是不同分子之间的原子互换或分子分裂后原子重组新的分子过程。这些过程根本不涉及原子核的任何变化,仅仅是不同原子在重组中外层电子的搭配情况有所变化。

    在某种情况下,原子核之间也会发生作用,合并或分裂,这时候就是通常我们所说的核反应。某些元素的原子核不稳定,会自发发生分裂。导致元素衰变为其他元素。这个是天然的核反应过程。将那些不稳定的原子核集中在一起,让分裂过程变得剧烈,或将原子核强行合并产生新元素,这是人工的核反应过程。

    观察:

    1。早期电视或电脑显示器,都是使用阴极射线管(ct)来产生图像。屏幕本身是厚玻璃,仔细观察会发现玻璃后面是小点组成都阵列。每个小点是由三个更小的点组成。使用时,高速电子流击中小点,使得小点发亮。这些小点称之为荧光粉。电子流打在荧光粉上,改变了荧光粉原子中电子所在的位置,当改变位置的电子回原位置时,就发出肉眼可见的光。不同类型的荧光粉发的光颜色不同,发光的持续时间也不同。我们使用余辉时间来描述发光持续时间。短余辉荧光粉、中余辉荧光粉、长余辉荧光粉就是荧光粉发光持续能力的通常划分方式。等离子显示屏,虽然工作方式与阴极射线管不同,但显示出不同颜色都是发光材料的原子内部电子回到原位置而产生的可见光。早期的日光灯、现代的节能灯原理与等离子显示屏类似。

    2。自然中很多元素的原子核会发生变化。地球的生命都使用碳元素,并且在生命周期内会和外界环境进行碳交换。空气中存在大量氮元素,某些氮原子受到宇宙中高能射线打击,原子核发生变化,变成碳14元素。这些碳14原子与通常的碳12原子不同,其原子核不稳定,会慢慢衰变为氮原子核。衰变的速度是每5730年数量减少一半(称为半衰期)。但因为宇宙射线的补充能力,空气中碳14元素与正常碳12元素比例恒定。某生物在生命周期内进行碳循环,碳14元素随之进入身体,两种碳元素同样在生物体内保持恒定比例。当生物死亡后,遗骸中的碳14只衰变,而无补充。通过测定碳14的比例,可逆推出生物距今的时间。方法的缺陷:不同时期可能碳14的比例不同,在生物埋藏过程中可能存在污染,衰变速度较快,时间较长的碳14含量过低,误差太大。可以测定的最长时间是6万年左右。这种方法可以推广到检查地球年龄,生命起源的时代,月球的年龄等等。只要选合适的不稳定元素即可。铀铅测年法…通过测量铀5和铅207以及铀8和铅206的比例测量石头,可以测量大约一百万到超过45亿年的年代。钾氩测年法…钾40衰变为氩40。可以测量超过100;000年的石头。铷锶测年法…铷87衰变成锶87有13亿年的半衰期。用于测量火成岩和变质岩,还被用于测定月球岩石。

    3。原子、弹使用铀3、铀5、钚9来制造,早期通过分离铀8和铀5来进行。铀5的半衰期是7亿年,铀8的半衰期是45亿年。所以现在铀矿中的铀5很少。天然铀矿中铀5含量大约0。7%,核电站使用铀5来发电,其浓度大约3%,制造武器的浓度大于90%。现在分离铀5的技术主要是使用离心机对六氟化铀气体进行,依赖密度的微小差异实现浓缩。攻击伊朗分离铀5的计划就是通过计算机病毒使离心机工作过速而损坏。分离后的剩余铀8由于密度高,常常制造弹头,称为贫铀弹。作为穿甲弹比钨制弹效果好,并且容易燃烧,威力大。由于存在衰变性,对生物dna易造成破坏,诱发白血病、婴儿畸形等。在伊拉克战场上曾大量使用。

梅乐芝经理的科普文章(八)() 
    第8节热…功

    功就是力(外因)对物体作用的效果(状态)累计。一桶水置于地面,地球对水有重力作用,但是水的位置不变,状态没有发生变化,则重力对水没有做功。提一桶水匀速前进,首先克服水的重力,剩下的力才是对水做功。水由静止进入匀速前进的过程中,力对水的状态有改变。当水匀速前进时,状态又不变了。那么此时就没有做功。很费力气地把水提行长距离,但做功就在刚刚开始提水的时间段。那么人费的力气做什么了?都在克服阻力去了,匀速前进阶段,水本身受力的总和为0!

    精确地描述功,就是物体在力的方向上前进的距离才算是力对物体作用的效果。如果力对物体进行作用,但是物体并没有在力的方向上有位置变动,则意味着一定存在什么因素,使得这个力劳而无功。那么功=力×距离(乘法就等于多个加法的进行,就是功的累计过程)。功的衡量单位是以英国人焦耳的名字命名。

    愚公移山,只要愚公有足够的时间,他一个人就可以解决这个问题。但时间永远是个问题。为了反映功的效率,就必须同时考虑功和时间。为此提出功率这个概念,就是一定时间内做的功。这个就容易衡量对物体作用的能力大小。那么功率=功/时间。功率的衡量单位是以英国人瓦特的名字命名。这多么英国人的名字出现不奇怪,毕竟工业革命是从英国开始,日不落帝国是依靠实力实现的,不是自我催眠的结果。

    瓦特的单位太小,一般使用千瓦做功率单位。马力也是常用功率单位,1马力=735瓦特。俗语也常用马力作为功率的代名词,比如说汽车马力大不大。100瓦大概是什么概念呢?现在健身比较流行,健身器材中哑铃有重有轻。100瓦相当于1秒内把10公斤重的哑铃举高1米。某个人身高1。8米,体重90公斤,深蹲在地上,1秒内站直,则双腿的功率大约是900瓦。

    功可以产生热,比如钻木取火。热可以产生功,比如蒸汽机。是否可以认为热和功其实是同一现象的不同体现呢?从分子的角度开看待这个问题。力作用在物体上,物体在力的方向上产生一定速度前进,物体内各分子本来都在运动,现在物体本身在运动,相当于分子在原运动的基础上又向力的方向运动。热是分子运动的综合。吸收热意味着分子运动速度加快,散发热意味着分子运动速度降低。那么功产生热其实是分子运动中的定向运动(物体速度)消失,转化为分子各自运动速度加快。热产生功则是分子运动速度降低,却带来了整体定向运动。

    焦耳花了很多年时间检验热和功的关系,试图找出双方的定量关系。最终验证了功产生热的关系:4。18焦耳(功)=1卡(热),称为热功当量。

    为了统一热和功的形式,我们换一种说法,热和功都是能量的外在形式,本质都是能量(功和能量在形式上相同,但有些区别。能量是物体具有的某种性质,功是物体做出的某种性质。换而言之,能量是物体所有,功是物体所为。)热和功的转换,意味着能量转换,能量总和保持不变。称之为能量守恒。

    功有多种存在形式,常见的就是势能和动能。势能就是位置变高,导致在回复原位置时可以产生动能。势可以理解为潜在的,势能就是潜在的、存储起来的能量。蓄势待发正说明了势能的作用。动能则完全是功基本定义的直接结果,因为力的作用使得物体运动,物体的惯性运动蕴含的能量完全等于力作用的积累。

    思考:

    1。月球绕着地球转,月球的前进方向和地球引力始终垂直。地球引力虽然改变着月球的状态(月球的前进方向一直在变),却没有作出任何功。忽略的太阳木星等星体对月亮的影响,那么月亮的环绕从来就没有被地球改变过。(事实上月亮绕地球是椭圆轨道,在某个轨道阶段地球引力会轻微地做功,但最终月球的势能+动能总和不变。)

    2。机械时代的怀表或手表,都有上弦过程,这是在存储弹性势�
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