书城教材教辅课本上读不到的物理故事
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第21章 有趣的电磁学(1)

有些狂人爱“触”电:关于电的趣闻

伦敦表匠的柠檬电钟

1. 你知道吗?柠檬也可以用来做电池!是不是很不可思议?不过这一切都是真的!

2. 1980年1月7日,一家外国报纸登载了这样一条消息:英国伦敦的钟表修理匠阿希尔先生做了一只新颖别致的电钟。其实这电钟外表并没有什么特殊,引人注目的是带动电钟的电池,它昼夜不停地运转了5个月,但是这电池竟是一只柠檬做成的。

3. 柠檬怎么能发电呢?有人好奇地问阿希尔先生。阿希尔先生自豪地说:“当然能。尽管那只柠檬的表皮都已经干了,只要柠檬还有汁,它就能发电。”

4. 这消息传出后引起了科学家的关注。一只小小的柠檬竟能持续发电达5个月之久,目前哪里有比这种电池更加便宜实用的呢?仅仅这一点,就足够叫科学家兴奋的了。更何况,水果发电还是一种环保的能源,既不污染空气,又不污染环境,它是多么理想的能源啊!

5. 看到这个消息之后,伦敦蓄电池实验室的工作人员马上拥到市场上去抢购柠檬、柑桔和葡萄等水果,实验室一下子变成了水果店。这些发电专家们围着一堆堆水果忙碌着。他们按阿希尔先生的办法,把一块锌片和一块铜片插到柠檬里面,然后再接上导线,电流表的指针果然发生了偏转!柠檬电池果然能够带动电钟的电动机旋转。除了柠檬,用柑桔做能源的电表也走了起来。

6. 水果汁能发电并不是什么新发现,人们早已知道其中的秘密:锌片和铜片插到稀硫酸或其他酸溶液里,就能做成一个简单的化学电池。柠檬电池发电的道理与化学电池发电的道理是一样的。柠檬汁就相当于化学电池中一种带酸的液体。

7. 不过,阿希尔的绝妙之处不在这一点。普通的化学电池参加化学反应的稀硫酸用完,电流就中止了。而柠檬电池却是植物制作的,在它完全干瘪之前,植物细胞还没有死亡,所以依然能不断和空气、阳光作用,不断产生新的柠檬汁进行补充。尽管阿希尔先生不是科学家,他却解决了能源自动补充的难题,这点令科学家敬佩不已。阿希尔先生对自己的发明也感到十分自豪。他说:“如果一只柠檬就能使马达一个月接一个月地转动,要是用一口袋柠檬去发电,能得到多大的动力啊。”从那以后,这位50多岁的老人整天和各种水果打交道,寻找更多的“活”电池。

8. 【物理碰碰车】所有的物质都导电吗

9. 所有物质都导电吗?答案是:不!物理学上,把像金属一样容易导电的物质称为导体,而像塑料、橡胶一样不容易导电的物体称为绝缘体。为什么绝缘体不易导电呢?这是因为组成绝缘体的物质在阻碍电流的流动,这个阻碍电流运动的物质被称为电阻。你可以简单理解为绝缘体的原子把电子囚禁起来,让电子只能乖乖地待原子里,所以电流很难通过它们。当然,导体中的电子就很容易在原子之间移动了。

橘子也抗日

10. 水果除了能拉动电机旋转,还能成为抗日英雄呢!想知道小小的橘子是怎么抗日的吗?

在抗日战争时期,有一次,游击队得到一个秘密情报:小鬼子的车队下午通过村前的大桥。

队长立马决定,在鬼子到达时炸死鬼子。游击队的队员听完之后士气高昂,大家表示一定要重创侵略者。他们迅速把炸药埋在桥下,将引爆用的电线从炸药包一直拉到远处的橘林,并接上电池和开关。只要一声令下,便合上开关,将电流送到炸药包,在那里会跳出火花,引爆炸药。

为了这次战争的胜利,他们一遍遍检查每一个接口和线路。当检查到电池时,发现因天气太潮而漏电,电压不够了。空气顿时紧张起来。

前功尽弃吗?不!几个战士主动请战:

“我去桥下埋伏,到时间点燃炸药包。”

“这样太危险!”队长说,“不到万不得已,我们不能这样做。想想还有什么办法……”

队长的目光无意中落在眼前的橘林上,黄澄澄的橘子挂满树枝。这是老百姓的果实,绝不能让鬼子们掠夺。他想着想着,忽然眼前一亮,大声说:

“有了!大家摘12个大橘子,要酸的,我们用橘子引爆!”

“用橘子引爆吗?”

“对。橘子可以做成电池,现在我们只有这个办法了。还得预备几块铜片、几块铁片,要打磨得亮亮的。”

大家很快准备就绪。一个人负责一个橘子,队长负责橘子之间的联结。鬼子车队一到,随着队长的一声高喊,大家同时把自己手里的铜片和铁片平行地插到橘子里去。只听“轰”的一声巨响,引爆成功了,鬼子车队损失惨重,游击队又获得了胜利。

胜利回村的路上,许多战士都涌到队长的面前要问个究竟。

队长笑着说:“电池就是化学电源,它是利用化学变化而产生电流的。只要把不同的金属,例如铜片和铁片,放在酸溶液,或碱溶液,或盐溶液中,这就是一个电池,可以向外供应电流。但它过一会儿,电流就要减弱,这是因为在化学变化中金属片上会产生一些气泡,从而阻挡了电流的通过。如果能及时把气泡除去,便又可以发电了。”

【物理碰碰车】电线为什么都用塑料皮保护

家中的电线外面总是裹着一层塑料皮,电工修理电路的时候总是带着橡胶手套。这是因为塑料、橡胶是绝缘体,不通电,能保护人体不被电到。不过,电线老旧后,外面的塑料皮会脱落,此时,电流就会跑到电线外的地方,造成漏电。一旦不小心碰到了外漏的电,就会非常危险了!不过,只要你平常多定期检查电线、插座和电器的插头等,就要检查是否有损坏。另外,洗完手后也不要乱摸电器,那样容易导电。总之,只要学好物理,就不用怕这些乱跑的电了!

吃食物的“老虎魂魄”

你见过琥珀吗?传说,琥珀是老虎的魂魄,所以古代的时候也被叫做“虎魄”。因此,当东汉王冲发现琥珀竟然能吸引一些小物体时,人们都猜测是禁锢其中的老虎灵魂在吸食物体!不过这么恐怖的事情是真的吗?

当然不是,这是静电在搞怪,古希腊也发生过这事儿。据说,当时的哲学家泰勒斯发现——用毛皮摩擦过的琥珀能吸引绒毛等轻小的东西。当然,西方人并不知道“老虎魂魄”的传言,他们只是猜测:琥珀中一定存在一种看不见的物质,使它拥有吸附功能,这个物质被叫做“电”,而琥珀吸附物体的现象被叫做“摩擦起电”。

后来,人们发现,不但琥珀能摩擦起电,其他很多东西都能摩擦起电。据此,科学家最终研究出了电的本质,也解释了“摩擦起电”,即静电现象。静电是怎样产生的呢?静电是一种处于静止状态的电荷。正常状况下,一个原子的质子数和电子数是相同的,也就是正负平衡,对外不会表现出带电现象。可一旦有外力打破这种平衡,物体就会表现出带电现象。这个外力是什么呢?比如,摩擦!

简单来讲,电是一种自然现象,也是一种能量。电储存在电子和质子中,是像电子和质子这样的粒子之间产生排斥力和吸引力的一种属性。通常,电子带负电,质子带正电,而当带负电的电子和带正电的质子之间失去平衡,或者说,只要把带电的质子或者电子释放出来时,电就产生了。这里,带正负电的基本粒子,被称为电荷,带正电的粒子叫正电荷,带负电的粒子叫负电荷。这些都是正常的物理现象,根本不是什么吃人的老虎魂魄,不过被电击的话,产生的后果可不亚于被老虎吃掉哦!

【物理碰碰车】摩擦起电机

1660年,马德保的盖利克用硫磺制成了一个状如地球仪的球体,利用摇柄使其迅速转动,然后用干燥的手掌摩擦球体使之停止。这是世界上第一台摩擦起电机。1882年,英国的维姆胡斯创造了圆盘式静电感应起电机,用两个同轴玻璃圆板反向高速转动,摩擦起电的效率很高,还能产生高电压。摩擦起电机所产生的能量非常可观,正是因为如此,人们至今依然在使用它!

“偷”天电的富兰克林

大家都知道,下雨打雷的时候要避免外出,防止被雷击中。但是就是有这么一个“疯子”,不仅在打雷闪电的时候出门,还妄图从上帝那里偷点电下来。这个科学怪人就是富兰克林。

富兰克林聪明好学,15岁的时候就发表了文笔超群的散文《海之家》。17岁的时候,他坐船去纽约的途中碰到了一场特大暴雨。空中乌云密布,电闪雷鸣,船上的其他人都被吓坏了,只有富兰克林好奇地看着船外,心想:“这真的是上帝在发怒吗?如果真有上帝,是谁得罪了他?”

想到这里,富兰克林暗暗下定决心:“以后一定要用科学揭开雷电之谜。”从那以后,他在学习上更加努力,潜心研究这方面的科学知识,而这一切都为他日后研究雷电的本质打下了坚实的基础。

1752年7月的一天,风雨大作,雷电交加。已经成为科学家的富兰克林带着他的小儿子,躲在偏僻的草棚里。可不要以为他是带着儿子出来做游戏的,其实他们正在做一项惊天动地的实验:把雷电从天空“偷”下来。

“爸爸,这风筝有什么特殊作用吗?我们为什么要在雷雨中放风筝?”小儿子站在茅草棚下,望着天空中翻滚的乌云,困惑地问。

“傻孩子,这可不是一般的风筝,它是一架特殊的风筝。”说到这里,富兰克林神秘地笑了,“不知道上帝的这些天火今天肯不肯赏光,乘着我的风筝到人间走一趟呢?”

富兰克林摸着儿子的头,继续给他解释:“我在风筝的顶上绑了一根尖铁棒,而风筝线的末端系了一把铁钥匙。风筝飞到高空之后,云层里的电就会通过打湿的细绳传到铁钥匙上。这样就能让天上的闪电顺着风筝的细绳引下来。”

富兰克林的话音还没落,天空就划过了一道耀眼的闪电。富兰克林眼疾手快,马上拉紧了手中的风筝线,并紧张地用手指接近系在绳尾的铁钥匙。

“啊!天电来了!天电来了!”富兰克林既惊喜又恐怖地大声叫着!此时,不仅他的手指有一种遭到电击的麻木感觉,他还发现钥匙上发现了迸射出的电火花。

雨过天晴,雷声渐渐远去。富兰克林收起风筝,带着儿子激动地回家了。他从来没有这样高兴——风筝的绳果然能够天上的电引下来!而且天上的闪电与人间的静电并没有区别。

根据这次实验的结果,富兰克林发明了避雷针。不过避雷针发明指出,人们还是不敢用,认为这是对上帝的大不敬。富兰克林才不管这些,首先在自家屋顶上竖起了一根数丈长的铁棒,连上铜线之后一直伸到土里。

在另一次雷雨中,神圣的教堂被“天火”点着了,而装有避雷针的房屋却安然无事,此时人们才认同了避雷针的避雷作用。自此避雷针迅速由美国传到英国,最终传遍了整个欧洲和美洲。

不过,小朋友们千万不要盲目地模仿这位伟大的科学家,雷雨天放风筝可是个技术活,操作不慎的话,你的小命可能就要被“天电”收走了!

【物理碰碰车】

富兰克林的传奇档案

富兰克林的一生充满传奇色彩。在电学领域,他不仅做了著名的“风筝实验”,而且创造了许多沿用至今的电学词汇,如正电、负电、电池等;在热学中,他改良了取暖的炉子,可以节省四分之三的燃料;在光学方面,他发明了老年人用的双焦距眼镜,这种眼镜既可以看清近处的东西,也可看清远处的东西;他还和剑桥大学的哈特莱一起创造了蒸发制冷理论。同时他还是一位数学家,他创造的八次和十六次幻方至今为学者称道。

富兰克林也是思想家和政治家。他所建立的“共读社”几乎存在了四十年,后来发展为美国科学思想的中心。他参加了美国的独立战争,参与起草了《独立宣言》和美国宪法。除此之外,他还是出版印刷行业中一位成功的商人。

那么他是如何取得这么多成绩的呢?也许他的这句名言能够给你启示:“诚实和勤勉,应该成为你永久的伴侣”。

遭雷劈的倒霉蛋

如果一个人被雷电击中了会怎样,你一定觉得那人死定了。看过下面这个故事,你的回答就不会这么笃定了!

罗伊·苏利文是美国的一名护林员,在他的一生中,他被雷电击中了7次。强烈的闪电曾烫焦他的眉毛、烧着他的头发、扯走他的鞋子,甚至把他远远抛到汽车外面!但每次雷击过后,他都幸运地活了下来。对此,他曾说:“闪电总有办法找到我。”

同样是在美国,南卡罗来纳州的男子梅尔文·罗伯兹过去的几十年来被雷电击中5次,次次大难不死,不过奇怪的是每次被雷劈中之后他都会离婚。后来他在一场暴风雨中又一次被雷击中,并再一次奇迹般地活下来。不过,梅尔文最担心的却是自己的第6次婚姻,“我妻子说这是第6次,但我不会离开她的,我会尝试做些不同的事。”不幸的是,他的第六次婚姻最后还是以失败告终。他说如果今后再遇到暴雨,他外出时一定会谨慎考虑,三思而后行。

当然,并不是每个人都能像上面的两个人一样幸运。在任意一个时刻,世界上都有1800场雷电发生,甚至每秒钟都有100次雷击。在美国,每年有150人因雷击而死。雷击对人体伤害很大,当人遭受雷电击的一瞬间,电流迅速通过人体,严重时会导致心跳、呼吸停止,而雷击产生的火花,也很容易烧伤皮肤。

因此,打雷下雨天最好不要外出,也不要跑到树下躲雨或爬到高处,那样容易被雷电击中。当然,若你碰巧在外面,那不妨躲在汽车里!因为闪电打到汽车上之后,会通过汽车渗入地底,这样就伤不到你啦!