书城教材教辅课本上读不到的物理故事
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第22章 有趣的电磁学(2)

【物理碰碰车】冲上高压线的“愤怒小鸟”

见过高压线吧!那上面的电压非常高,人一碰就会被烧焦。可是那些整天站在高压线上的小鸟怎么就安然无恙呢?

电源分为正、负两极。在两极之间连接上导体,电流就会流过。同样输电线也分为火线与零线,就相当于电源的两极。人是导体,身体较大,同时碰到火线和零线时,就会有大电流流过,这也是人触电身亡的原因。而小鸟是把脚站在同一根电线上,这样就没有电流流过,所以那些小鸟不会触电死亡。

700人的疯狂电击实验

科学家都很疯狂!千万别怀疑这话!在研究电的过程中,一个德国牧师克莱斯托试图把电装进瓶子里!然后他一手握着瓶子,一手摸着钉子,试图用钉子把电引到瓶子里去。当然,他失败了,因为当电传过来的时候,直接击中了他!富兰克林则在下雨天把雷电从天空中引了下来,这也冒着极大的风险。

法国的科学家诺莱特则非常幸运地做了个壮观的实验,当然,也很疯狂!注意,这个实验得益于,真的有人发明出了能装“电”的瓶子,人们叫它“莱顿瓶”。在一座大教堂前,诺莱特让700名修道士手拉手排成一条长约275米的队伍。然后,他让排在最前面的道士用手握住莱顿瓶,而让排在最后面的道士握住瓶的引线。一瞬间,700名修道士因为受到电击而齐跳起来,把在场的人惊得目瞪口呆!

有位生物学家在解剖青蛙的时候也发现,电流通过死去的青蛙的后腿时,它的腿还能跳动。

虽然电击让青蛙死掉了,但是肢体还能在电击下继续跳动!大家晚上脱衣服的时候蹦出的火花,还有梳头发时“飘”起来的头发,甚至手指传来的刺痛,都是电引起的。干燥的天气,物体间的摩擦较大,因此就容易产生电。那么,对这些烦人的静电现象,该如何处理呢?你有没有什么好办法呢?

【物理碰碰车】心脏里的电流

人的心脏也是个导体,因为周围的组织和体液都能导电。心脏就像一个电源,无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并且反映到体表,而且体表很多点内都存在着电位差。正是这个原因才让医生能够借助心电图来观测心脏中的电流。当然,如果心电图捕捉不到心脏电流,那就说明心脏停止跳动了!这时,就要借助心脏起搏器向心脏施加强大的电击来冲让心脏重新跳动。不过,适当的电流刺激可以拯救停跳的心脏,但如果电流过大,心脏也是会因此停跳的!

引发的大事故的小“凶手”

我们对静电并不陌生。干燥的秋冬季节,脱毛衣时经常会产生火花;干燥的天气用手去摸别人或者铁栏杆的时候,也经常会听到“噼啪”的爆裂声,没错!这些小火花就是静电!可别小看这些小火花,不严加防范的话,这些小火花就会酿成大事故。

齐鸣是北京的一个大货车司机。这一天,他接到一桩生意,让他去新疆运木头来北京,他十分开心地接了这单生意,心想:“好久没有陪自己的孩子玩了,跑完新疆一趟,我就带儿子去欢乐谷玩玩。”

在通往新疆的高速公路上,齐鸣正驾着货车急驶在公路上,突然间一声巨响,后面的槽厢里喷出一个火球,这个火球很快点燃了油箱。齐鸣见状赶紧跳出驾驶室,随着一声巨响,货车报废了,齐鸣也受了伤。

家人闻讯赶来,都十分悲痛,货车对于他们来说是维持生活的工具,更让人伤心的是齐鸣的身体也受了伤。

警察赶来处理交通事故,齐鸣的妻子十分不解地问交警:“我们家齐鸣既没有超速,也没有违章行驶,为什么还是会发生交通事故呢?”交警说:“造成这个事故的原因,就是那一塑料桶的汽油。”妻子想起来,这一塑料桶汽油还是自己帮丈夫放到车上的,是丈夫害怕长途行车途中没有油不方便。妻子看着交警,示意他继续讲。“这一塑料桶汽油就是罪魁祸首,因为爆炸就是从这开始的。在齐鸣开车行驶的过程中,桶里的汽油不断地晃动,并始终和塑料桶壁摩擦、撞击。汽油和塑料桶都不容易导电,所以二者摩擦所产生的电荷就不断在塑料桶中积累。积累到一定程度,塑料桶壁和汽油之间就开始放电,最后静电产生了火花。就是这个小小的火花,最终点燃了汽油桶上面的汽油蒸气与空气的混合气体,引起了爆炸。幸亏齐鸣眼疾手快,及时跳了出来,要不然恐怕连性命都难保。”

其实静电火花不仅能引起汽油爆炸,奶粉、咖啡粉、砂糖、面粉、茶叶末、木粉、煤粉、铝粉等都可能会被点燃。如果悬浮在空气中的物质达到一定的数量,它们也都会因为静电火花或其他火花而产生爆炸。在工业史上,面粉厂、铝制品厂因为空中的粉尘太多而发生爆炸的事并不鲜见。

【物理碰碰车】

静电也善良

静电可能会引发意外事故,即使没有大事故,被电一下身体也会感觉麻麻的不舒服,所以大家都避之惟恐不及。不过,静电也并不总是一副恶魔的样子,如果能够巧妙应用,静电也可以很善良。

有一种点煤气灶用的“枪”,用手一扣扳机,前端“枪筒”上就会打一个火花点燃煤气灶。这种煤气枪里有一种特殊的物质叫“压电体”,扣扳机的时候我们对它施加了压力,于是在这个压电体的两个表面上就会产生几万伏的高电压,产生火花放电,这是静电的一种应用。另外,我们也可以利用静电吸引小颗粒的方法来给家里做除尘。

霸王别姬与静电复印机

如今想要复制文件,复印机是每个人的不二之选。那么你知道复印机是怎么发明出来的吗?说起来,这个发明与“霸王别姬”这个故事还有很大的关联呢!

复印机的发明者是美国一位名叫斯特切·卡尔森的工程师,他是一个做事喜欢动脑筋的人,工作之余经常做一些小发明。

有一次,他到公司的秘书处办事,看见秘书处的工作人员都忙得昏天暗地,一个文件要抄几遍,有的甚至要抄十几遍,既辛苦又浪费人力。他当时就想,要是能发明出一种不用重复抄写的机器就好了。从那以后,他一直没有忘记这件事,只要一有空就在脑子里琢磨。可是,经历了很长时间,他也没有想出很好的办法。

在一个星期天的晚上,卡尔森来到一家中式餐厅吃饭,无意间,他看到墙上挂着一幅画,走近一看,名字是《霸王别姬》。热情的老板看到他很感兴趣,就把这幅画中的故事,生动形象地向卡尔森描述了一番:“这幅画是霸王自刎前与虞姬生离死别的情景。讲的是中国历史上有名的楚汉之争。楚霸王项羽,有一次遭到汉高祖刘邦的袭击,几乎全军覆没,于是带着虞姬和剩下的几个士兵,逃到了乌江边。看着滚滚流动的江水,他握紧拳头,发誓要重整旗鼓,打败刘邦。这时,一个士兵忽然发现不远处矗立着一个石碑,他们走近一看,上面写着“霸王自刎乌江”六个大字。看到这句话,项羽不寒而栗,但他转念一想,这一定是刘邦干的,我可不能上当。不过,当他凑近看的时候,心理防线一下子就崩溃了。他仰天大吼一声:“这是天意啊——”说完就拔剑自刎了。原来这几个字竟是由许许多多的蚂蚁组成的,并不是刘邦派人写上吓唬他的。其实,项羽还是中了刘邦的诡计,那几个字是用蜂蜜写成的,蚂蚁闻到甜味,纷纷爬上去了之后就出现了这几个由蚂蚁组成的醒目大字。

“太好了!”卡尔森大声说,老板对卡尔森的反应感觉很奇怪,就走到一边去了。其实,卡尔森是找到了复印文件的方法。他想要是将一张纸上的笔画像涂蜂蜜一样涂在另一张纸上,然后让墨粉像蚂蚁一样附在上面,问题不是迎刃而解了吗?按照这种思路,他很快就设计出了复印机的草图。

1938年10月23日,经过他不懈的努力,世界上最早的静电复印机终于问世了。卡尔森把一份稿件放入复印机复印后,世界上第一张复印件就由此诞生了。

【物理碰碰车】

静电复印机中的“蜂蜜”与“蚂蚁”

静电复印机的复印文件的时候首先会把原件的文字或图像投影到一个半导体平面上,随后这个平面会被涂上一层反光负载粉,静电区域随后迅速吸附这些负载粉,此时便得到一张粉图,再把粉图压到白纸上,加热烘干后就可以得到一张与原件一模一样的文件。看了这段介绍,你知道静电复印机中的“蜂蜜”和“蚂蚁”都是什么了吗?

经过几十年的发展,复印机已经有几千个型号。按复印的颜色来分,可以分为单色、多色及彩色复印机;按复印机的尺寸来分,可以分为普及型、手提型和大工程图纸复印机等。

打开低温世界的“魔盒”

低温世界里有许多奇观,比如液态氮里面浸过的鲜花,在漆黑的房间里,你会发现它能发出蓝色的光。低温世界真是一个充满魔幻感的地方。卡末林·昂纳斯是荷兰莱顿大学的实验物理和气象学教授,他的实验室是世界闻名的低温研究中心,也是世界上最冷的地方。人们都说,他是一个打开低温世界“魔盒”的人。

在美丽的莱顿城里,即使外面温暖如春,蜂飞蝶舞,昂纳斯的实验室里依然是个寒冷的世界,甚至比地球上最寒冷的南极和北极的最低温度还要低几倍。在常人的眼里,这里是一个寒冷寂寞的世界,可是昂纳斯却乐在其中,认为这里充满了神秘,总能找到探索的乐趣。“我能不能制造出一个温度更低一点的世界呢?”这是每天都闪烁在昂纳斯脑海里的念头。

当时,科学家已经可以把除了氦气以外的气体全部变成液态,人们已经获得了-253℃的低温。那么把氦变成液体一定能获得更低的温度,昂纳斯这样想到。可是,把氦气变成液态却有着许多人们想像不到的难处。

实验室的人都悄悄议论着。

“在液态氦的温度下,空气都要变成固体了。”

“如果真的制成了液态氦,一旦与空气接触,液态氦的表面就会盖上坚硬的空气盖子。”可是昂纳斯不理这些非议,仍然固执地做低温实验,希望能创造一个前所未有的低温世界。不过在他也知道,低温并不是一下子就能达到的,需要沿着温度的台阶一步一步走下去,而且温度越低越困难。

经过长期的努力,他终于用液态氯甲烷达到了-90℃,用液态乙烯达到了-145℃,用液态氧气达到了-183℃,最终用液态氢气制造出了-253℃。1908年的时候,昂纳斯终于成功了!他用液态氦气得到了-269℃的低温!这个温度属于超低温,当时世界上只有昂纳斯的实验室里能够得到这样的低温。

之后不久,昂纳斯的实验室里又一次传出了震惊世界的消息:“看,-269℃的低温下,水银的电阻没有啦!”看到这种现象,昂纳斯惊奇得睁大了双眼。

竟然有这样的奇迹?实验室成员纷纷围了过来。

“没有电阻意味着什么?”昂纳斯兴奋地问周围的人。周围的人用同样兴奋的语气回答他:“电阻消失了,电流就永远不会衰竭了。”

紧接着,昂纳斯又做了其他的实验,他发现除了水银之外,这个温度下的铅、锡,电阻也会突然消失。后来,他利用超导现象制作了一个“电流永动机”。他把一个铅线圈浸如液体氦中,旁边放置一块磁铁,如果突然把磁铁拿走,根据电磁感应原理,铅圈内就产生了感应电流,这电流就会就像一匹骏马一样,沿着铅圈不知疲倦地跑呀跑,永不停止——就是因为没有电阻!

这就是有名的超导现象,就是水银在-269℃的时候没有电阻,而昂纳斯也因为这个伟大的发现获得了1913年的诺贝尔奖。

【物理碰碰车】

超导材料的困境

超导现象的发现让人们对超导材料的出现充满期待。如果用这样的超导材料来输电,即使从三峡水电站把电送到上海也不会浪费一点电力。

不过,现在超导材料很难应用于现实生活中,这是因为超导体是诞生在超低温液体氦中的。可是液体氦的价格贵得吓人,而且难于制造。别说液体氦,找到装它的容器都很难。因此低温超导材料虽然给人们带来了希望,但是想要应用于生活中几乎是不可能的。因此目前人们把目光转向了高温超导材料的研究,不过这个高温是相对于液体氦的温度而言的。

无论如何也甩不开的力:有关磁力的故事

隔空吸物——无法阻挡的磁性

大家都玩过磁铁吧?大家一定会被磁铁的神秘性给吸引住,不过它隔空吸物的本领如果被不怀好心的人利用的话,结果还是挺让人郁闷的!

在菜市场里,有位老太太向市场管理员欧阳丰华反映,有个戴瓜皮帽的小贩卖苹果总是少斤少两,如果有人问他,他总是不讲道理。欧阳丰华早已听说几个顾客反映他,今天,他就要去解决这个问题。

他朝“瓜皮帽”走过去,说:

“你又欺骗顾客了?”

“领导同志,自从你上次教育我之后,我就再没做短斤少两的事情,不相信你看看,”

说着把秤盘翻过来给小王看,上面干干净净,“盘子底上没有磁铁了吧?我这个人,是知错就改,知错必改。”

面对一副油嘴滑舌的面孔,欧阳非常沉着冷静,说:

“这位老太太刚才买了几斤?”

“5斤。”

“放上再称称!”欧阳以坚定的口气说,他似乎已看到“瓜皮帽”表情里的虚伪。

“称,称,足斤足两少不了。”“瓜皮帽”唯恐露了马脚,把秤盘尽量靠近身体,一称,倒成了5.5斤了。

“你改错还矫枉过正呢!买5斤给人家5斤半?”欧阳讥讽地说。