书城教材教辅课本上读不到的物理故事
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第30章 有趣的热学(4)

“这就是神鱼!煮不死的神鱼!”巴依老爷愚昧无知,迷信神明,便信以为真了,最后只好让阿凡提带着他的金鱼走了。

【物理碰碰车】亲自煮金鱼

下面我们亲自来见证一下这个奇迹。我们需要准备一只大试管、一个试管夹、一根蜡烛或者一盏酒精灯、一个试管口大小的隔离网和一条小鱼。

1先往大试管中注入2/3的水,然后把小鱼放在试管底部,并用隔离网放在试管的中间部位,以免小鱼游到水面的上层去。

2点燃酒精灯或蜡烛,用试管夹夹住试管,并保持倾斜,让火焰对准试管上部。

3.等待试管中的水沸腾后,观察小鱼。

你会发现小鱼依然活蹦乱跳的,这就是因为试管上部的水已经沸腾,但试管下部的水依然是凉的。所以,小鱼的生命丝毫没有受到威胁。那么,你能把自己实验装置的各个部分与阿凡提的锅对应起来吗?

给发烧的地球降降温

如今,全球变暖已经成为严重威胁人类和其他生物生存的严峻话题。地球的温度日益升高,人类排放的气体让它不堪重负,如果再不给发烧的地球降降温,我们人类的命运真的是岌岌可危了!

如果想要给地球降温,人类可以从哪些方面着手呢?日前,英国媒体给出了有效减缓全球变暖的10种方法,而且这些方法都是我们可以做到的。希望大家能够加入到这个给地球降温的行列中,改善我们的生活环境,善待人类的家园。那么这10条建议都是什么呢?

1依靠自己。这一招没有新意,但却是最管用的一招。我们在家里和办公室的时候一定要更有效地使用能源,尽可能使用新能源。

2太阳能的使用。太阳能是地球上最丰富的免费能源。我们应该充分利用这种能源。

3二氧化碳捕捉。人类应该努力开发这样的技术,可以把大气中的二氧化碳充分利用起来,这是减缓全球变暖的最主要手段。目前,类似技术都耗能过大。

4利用植物的能量。成长中的植物可以提供燃料,但却遭到生态学家反对,而且这也会影响到粮食储备。最好继续开发最有前景的能源——利用藻类把太阳能转化为燃料。

5净化排放的气体。藻类又一次成为首选。在发电厂附近种植藻类,电厂废气中的二氧化碳可以被海藻过滤掉。海藻可以进一步被转化成燃料或者变成乙醇燃料。

6驯服海洋。可以把海底的冷水抽上来冷却海面,于此同时,富营养的深水和相对贫瘠的海洋表层水就会混合在一起,这有利于藻类的生长,进而消耗水中的二氧化碳。

7改变颜色。最好把地面的建筑物刷成白色以起到降温的作用。

8做得更多一点。其实我们已经拥有了可以改变气候的技术:如利用风能、太阳能等,我们需要的只是使用它们。

9控制人口。目前世界人口是70亿,并且正在以前所未有的速度增长,但是地球能够提供的资源是非常有限的。

10核能。原子能能量巨大,如果能够发展成熟,我们就可以节省很多传统能源,当然那也就可以少排放很多的二氧化碳。

【物理碰碰车】什么是温室气体

温室气体就是能使地球表面变暖的气体,它们的作用就像温室的大棚一样,能够截留太阳辐射并加热温室内的空气。由于温室气体的影响而使地球变得更温暖的现象被称为“温室效应”。水汽、二氧化碳、氧化亚氮、甲烷、臭氧等是地球大气中最主要的温室气体。

转了又转,回到原点:能量守恒定律

让世界运行的动力之源——能量

“人是铁,饭是钢,一顿不吃饿得慌!”妈妈催你吃饭的时候,是不是经常会这么说?人类每天都要吃饭,吃饭的过程就是补充能量的过程。有了能量,人才能运动、思考,做各种各样的事情。其实,不光是人体,汽车、飞机、电视、电脑等,所有物体的运动都需要能量,没有能量,甚至地球都会停止转动!想知道能量到底是什么吗,那就继续往下看吧!

“地球会停止转动?疯子才这么想。”很遗憾,这并不是一个疯子的胡言乱语,而是一个事实。地球当然会停止转动,你们地球上一切运动的物体都会停止转动,只要缺少一样东西——能量。如果能源衰竭的话,地球也就走到了生命的终点。

能量是世界运行的动力之源,是物质运动的一般度量,根据不同形式的运动,能量分为机械能、电能、化学能、原子能等。不客气地说,若没有能量,人类什么事情都做不了了。

那么,能量又是从哪里来的呢?向自然界提供能量转化的物质,被称为能源。能源是人类活动的物质基础,石油、煤炭、天然气、风、太阳等都属于能源。而石油、煤炭和天然气等从地底下开采出的能源,被称为化石燃料,是你们这个时代的主要能源。

2亿年前,一只恐龙失足落进水里,它被淤泥掩埋在地底,逐渐变硬。漫长的几百万年过去了,它和数不清的恐龙骨架连同其他动植物一起,形成了沉积岩。再后来,人类从这些沉积岩中发现了它们。它们有些形成化石被发掘出来供人们参观,有些则形成了煤炭、石油等化石燃料。

也许,你刚刚放进火炉的那块煤炭,可能是恐龙的一个脚趾头!用恐龙的脚趾头去烧火,你真是太勇敢了!

【物理碰碰车】什么是“能源危机”

“能源危机”是指因为能源供应短缺或价格突然上涨而影响经济的现象,其中涉及的能源通常指石油、电力或其他自然资源,目前受人关注的是石油危机。

经济学家和科学家都认为,到本世纪中叶,也就是2050年左右,石油能源将会耗尽,价格会升到很高,如果到时候新的能源体系没有建立,能源危机就会席卷全球,尤其是极大依赖石油资源的发达国家。为了应对能源危机,学者们主张减少对石油能源的依赖,深入研究这些可替代能源,包括燃料电池、甲醇、生物能、太阳能、潮汐能和风能等。

地球的能量库装在宇宙中

既然地球的正常运转需要能量,那么地球的能量库在哪里呢?其实,我们每天都能看见这个能量库,它就是太阳。

“太阳,给我力量!”不要以为这句话仅仅出现在动画片中,事实上,地球上的每个人都可以这么说。因为,地球上的所有能量,都来自于太阳。

太阳是怎样给地球提供能量的呢?来看看吧:太阳可以让空气变热,而热空气会向冷空气流动,这就形成了风;水库里的水会在太阳的照耀下变成水蒸气,而水蒸气到了天空会形成云彩,云彩随后会变成雨滴浇灌到大地上,形成各地的河流和湖泊。

再来看看动植物吧!你知道,食物中的营养物质是怎么来的吗?当然跟太阳有关。植物中存在一种光合作用,它们会把白天吸收到的太阳能储存在叶绿素中,让它跟二氧化碳和水结合制作成淀粉。在这个过程中,植物还会向空气中释放大量氧气。而多数食肉动物,和人一样,都是以植物和食草动物为食的,说到底,还是跟植物有关,当然也就跟太阳有关!而那些埋藏在地底的化石燃料,也是动植物形成的,照样摆脱不了太阳的影响。

现在你知道为什么每个人都可以光明正大地说“太阳,给我力量”了吧?因为,真的是太阳在供给你力量啊!

【物理碰碰车】给能源分门别类

按照产生方式,能源可以分为以下两种:

1一次能源,也叫天然能源。指的是自然界现成存在的能源,如煤炭、石油、天然气、水能、生物能等。一次能源又分为可再生能源如水能、风能、生物质能及非再生能源如煤炭、石油、天然气等,

2二次能源。指的是由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源,如电力、煤气、柴油、汽油、沼气等。

工业革命有了新动力

19世纪的工业革命给人类社会带来了深远的影响,瓦特发明的蒸汽机就是这场伟大革命的开端。但是,这项发明竟然是受到小小的水壶盖的启发,到底是怎么回事呢?

小时候,瓦特经常到厨房里看祖母做饭,最让他留心的是灶上烧着的那壶开水,每当水烧开时就呼呼地直冒蒸汽,壶盖就不停地往上跳呀跳,发出“啪、啪、啪”的响声。年幼的瓦特不解地问祖母这其中的原因:

“壶盖为什么跳动呢?”

“水开了就跳动,壶里有蒸汽呀。”祖母笑了笑,告诉他。

瓦特还是不明白地问:“蒸汽怎么会有这么大的力?”

“这,这……我也不明白。你长大了就会明白。”说完,祖母又忙别的事情了。

可是,连续几天,小瓦特都没有忘记水壶里蒸汽掀动壶盖的事儿。每当家人烧水做饭的时候,他就着了迷一样蹲在火炉旁边仔细观察,想弄个清楚。后来,他还把烧开的壶盖拿起来——盖上——又拿起来,一次又一次地试验,试图能从中找到答案。

18岁的瓦特,带着“童年的不解之谜”,带着对机械的热爱,被格拉斯哥大学录取,并成为教具制造员。

有一天,格拉斯哥大学送来了一台供教学用的纽可曼式蒸汽机。不知什么地方出了故障导致机器不能正常运转,让瓦特修理。真是机会难得,瓦特立即全身心地投入到这个工作中。他将这台蒸汽机的每一个部件拆下来,然后弄清它们的用途。就这样,他很快找了这台机器的症结,排除故障,使机器又恢复正常的运转。

在这次修理工作中,他发现纽可曼蒸汽机的致命弱点:耗煤量太大,而且效率太低,其原因是这种蒸汽机是将汽缸和冷凝器放在一起的,因此蒸汽推动活塞上升后,用冷水冷却时,不仅蒸汽冷凝了,汽缸和活塞也跟着一起冷却了。它产生的水蒸气只有四分之一发挥作用,其余四分之三的水蒸气都白白浪费在汽缸和活塞的冷热交替中。

分析到此处时,瓦特暗暗下决心一定要解决这个问题。

一天,瓦特在格拉斯哥大学的草坪上散步,忽然想出了解决问题的办法:假如在汽筒的外边安装上一个保温装置,汽筒就不会冷却而白白浪费热量了。

回到实验室,瓦特立即开始了废寝忘食的工作,在汽缸外面单独设置一个蒸汽冷凝器,这样,蒸汽就可以在冷凝器中化成水,汽缸便不会冷却,热量就不会浪费。经过无数次的实验,排除了重重困难以后,瓦特终于研制出一种带有单独冷凝器的蒸汽机。 1769年,瓦特又把原先发明的蒸汽机改造成为发动力更大的单动式发动机,并获得专利。1782年,他又完成了“双动式蒸汽机”的专利。

后来蒸汽机已经在全世界广泛应用。蒸汽机的发明,加上英国当时的炼铁工业发达,使人类正式进入到“蒸汽时代”。