第23章 物理(3)

　　我们周围的空气由多种气体混合而成，其中主要有氧气和氮气。此外，由于地面上有大量的江河湖泊，这些水源中的水分经过蒸发变成水蒸气以后，也充塞在空气中。我们有时会感到空气十分潮湿，就是因为空气中水蒸气的成分太多的缘故。水能变成水蒸气进入空气，那么空气中的水蒸气能不能重新凝结为水滴呢？让我们做一次小观察来回答这个问题。在严寒的冬天，我们紧闭房间的门窗并在屋子里取暖。不一会儿，我们就会发现玻璃窗上布满了小水珠。这些小水珠就是房间里空气中的水蒸气，遇到冰冷的玻璃窗后凝结而成的。

　　从我们嘴里呼出的气体中，有不少是水蒸气。当这些气体带着差不多等于人体体温的温度进入周围空气时，其中的水蒸气遇到较冷的外界环境就会凝结成许多细小水滴而呈白色云雾状。外界温度越低，凝结的小水滴越多，白色雾状就越明显。夏天的时候，我们也能观察到类似的现象。不过，呼出的气体不是出自人们的口中，而是来自沸腾的水壶。当水烧开时，水壶中就会喷出大量水蒸气。这些水蒸气的温度在100℃左右，它们一旦进入室温下的外界环境也会凝结成细小水滴而呈白色的云雾状。如果一时疏急，人们忘记关闭热源，那么整壶水产生的水蒸气就会充满房间，使房间犹如被白色的大雾笼罩一般。

　　知识点：蒸发、水蒸气、凝结

　　为什么玻璃窗上会结出漂亮的冰花

　　数九寒冬，早晨起床一看玻璃窗，呀！上面结满了漂亮的冰花，有的像兰花，有的像马尾松，晶莹透明。是谁在玻璃上描绘了这么多美丽的图画呢？

　　除了大自然，不有谁呢？这是严寒用冰描画出来的。

　　冰嘛，我们谁都看到过。结在水里的冰是一大片一大片的，那是因为水分子比较密，大量的水在结冰的时候，冰晶都互相缠结起来了；而雪花呈六角形，因为水蒸气分子比较疏。凝结时，又没有受到外界不均衡的压力，冰晶以它自有的角度构成了它的外形。其实，大块冰，它的冰晶也是六角形的，因为彼此纠缠着，我们看不出罢了。

　　玻璃窗上的冰花，原来也是六角形，当最初的冰晶凝成以后，就逐渐向四周发展，这时候情况就复杂起来了。有的时候风力大，有的时候风力小；而且玻璃有的光滑、有的毛糙，有的玻璃上积有污垢、有的一尘不染。这样，水蒸气蒙上去的时候，就不均匀了，有的地方水蒸气积得多些，有的地方积得少些。当冰晶向四周延伸的时候，遇到水蒸气积聚多的地方，冰就结得厚些；遇到水蒸气积聚少的地主，冰就结得薄些。在冰结得特别薄的地主，遇到一点点热或压力，又会立即溶化，因此形成了各式各样的花纹。这就跟画画差不多，颜料用得多些，画上的颜色就浓些；颜料用得少些，画上的颜色就淡些；不着颜料的地方，就是画纸原来的颜色。

　　知识点：冰、雪花、凝结

　　为什么飞机后面会拖着一条白烟尾巴

　　听到头顶传来隆隆的飞机声，抬头望去，往往可以看到：飞机已经从头顶上掠过，后面却拖着一条白烟似的长长的尾马，这条“白烟尾巴”会渐渐地扩散、变淡，最后消失。

　　也许你会想：这条尾巴大概是飞机燃料时产生的烟吧，就像汽车所排放的废气一样。其实，这条尾巴与其说是烟，不如说是云更为恰当，因为它和云更为相似。

　　我们知道，云里面有许许多多小水滴和小冰晶，它们是由空气中的水蒸气凝结而成的。形成云需要的两个条件：首先要有足够的水蒸气，并且达到了饱和蒸汽压；其次还要有充当凝结核心的尘埃和带电粒子。这样，达到了饱和蒸汽压的水蒸气，就会在凝结核心周围凝结起来，形有成小水滴或小冰晶。小水滴和小冰晶紧紧地抱在一起，就是一大片云。

　　知道了云是怎样形成的，我们再来仔细研究一番飞机的“白烟尾巴”。飞机向前飞的时候，机身原来所占空间，需要由周围空气来填补，可是，飞机飞得实在太快了，能超过声音的速度，而空气又是热的不良导体，周围空气填补过来的过程，相当于一个绝热膨胀过程，空气的温度会一下子降低。在高空中，本来就有很多水蒸气，温度一降低，饱和蒸汽压也跟着降低，周围的水蒸气就达到了饱和蒸汽压，满足了形成云的第一个条件。另外，飞机燃料燃烧的确排放出一些烟尘，这正好可以充当凝结核心。于是，飞机后面的水蒸气在这些尘粒的周围，迅速凝结起来，形成许多小水滴和小冰晶，这就是我们看到的悄机后面长长的尾巴。

　　你可能会问，云可以在空中飘浮很长一段时间，而飞机尾巴后面的“云”怎么很愉就消散了呢？首先两者的体积不同，一朵云的直径至少有几十千米，云也会渐渐消散，但等到它完全消散，需要一段时间。而飞机后面产生的云毕竟要小得多，所以很容易就消散。还有一个很重要的原因，就是飞机后面的云是在飞机飞过的一刹那，由于空气温度降低，饱和蒸汽压下降，水蒸气才达到饱和蒸汽压。随着空气温度慢慢回升，水蒸气达不到饱和蒸汽压，小水滴和小冰晶又会逐渐蒸发成水蒸气，消失得无影无踪。

　　知识点：飞机、云、凝结、饱和蒸汽压、绝热膨胀

　　为什么脱毛衣时会听到“噼啪”声

　　晚上脱毛衣时，有时会听到“噼啪”声，如果熄了灯，你还能看到一闪一闪的电火花哩！这是怎么回事呢？

　　你也许不会想到，在你身上刚刚经历过数百次的“电闪雷鸣”！这可不是危言耸听，美国物理学家富兰克林，早在1752年，就用他著名的风筝实验，证明了雷电就是自然界中的放电现象。当然，雷电的放电规模很大，而你身上所经历的只不过是放电规模很小很小的“微型雷电”，所以你会全然没有感觉到。可是，身上怎么带起电了呢？

　　我们知道，物质都是由原子组成的，原子里面包含有若干电子，电子带有负电荷，原子核带有正电荷，当正、负电荷相等时，物质对外并不表现电性。如果我们用毛皮磨擦橡胶棒、用丝绸磨擦玻璃棒，这些原来不带电的物体就会带上电。这一过程就是磨擦起电，磨擦产生的电不会流动，称为静电。生活中磨擦起电的例子很多，比如当天气干燥时，用尼龙或硬橡胶梳子梳理干净的头发后，就有一些电子从头发跑到梳子上去，使头发带上正电，梳子带上负电。把梳子放在头发旁，头发会被梳子轻轻吸起来。

　　我们身穿毛衣，整天不停地活动，使得毛衣与衬衫之间、衬衫与皮肤之间不停地摩擦，使衣服和我们的身体带上电荷。到了晚上脱毛衣时，一些正电荷和负电荷会发生中和，产生放电现象。于是，我们就听到“噼啪”声，看到一闪一闪的电火花。这种电火花就是静电。

　　虽然身上所带静电放电时产生的电流小，对我们人体没什么伤害，但它却可能引起其他严重的后果。放电产生的电火花会点燃汽油引起爆炸，因此，油库工作人员应避免穿尼龙或涤沦衣物。另外，运送汽油的液罐车都拖着一条铁链“尾巴”，这条“尾巴”的用途就是把车上积累的静电及时地传到地面上去。

　　静电也有可以利用的一方面。静电复印和激光打印就是用光学方法先形成一个静电潜像，靠静电的吸引力吸住墨粉，然后，像盖图章似的将墨粉转移到复印纸上，再加热使墨粉牢固地停留在纸上。

　　知识点：磨擦起电、放电、静电、雷电

　　为什么鸟儿停在电线上不会触电

　　如果人站在地面上接触到带电的高压线，会发生触电的危险。可奇怪的是，一些鸟悠闲地停在裸露的高压电线上，叽喳了一阵子之后又安全地飞走了。为什么鸟儿不会触电呢？

　　这并不是鸟儿有什么特殊的本领，你看，它们都是停在一根电线上。这时，它们的身体只接触到一根电线，没有构成电路，也就没有电流从它们体内流过，所以不会触电。如果我们站在地上，而身体接触了电线里的火线，就等于接通了电路，电流就从我们的身体流向大地，于是就发生了触电。如果我们穿着绝缘性很可靠的胶鞋，站在绝缘的木凳上，即使用手触摸到火线，也不会触电。这时，你就像停在电线上的小鸟一样。一些有经验的电工，能够进行带电操作，就是掌握了这个原理。

　　既然没有电流流过，电压再高也不会触电。那么，为什么在高压线附近会有危险呢？

　　那是因为当人走近高压线时，站在地面上的人体受高压感应，如果距离太近，人体和高压线之间的空气层就有可能被击穿。本来空气是很好的绝缘体，被击穿后就变成了导体，于是巨大的电流就会流过人体，造成触电。因此，千万不要接近高压线！

　　知识点：触电、电流、高压电、绝缘体、导体

　　为什么大海是蓝色的，而海里的

　　浪花却是白色的

　　坐在海边，凝望着蓝色的大海，卷起千层浪花，多么壮观啊!可是，为什么碧蓝的大海中卷起的浪花却是白色的呢?

　　捧起海水看一看，海水既不是蓝色的，也不是白色的，海水就像自来水一样，是无色透明的。是谁给大海和浪花涂上了颜色呢?是阳光。

　　太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成的。当太阳光照射到大海上，红光、橙光这些波长较长的光，能绕过一切阻碍，勇往直前。它们在前进的过程中，不断被海水和海里的生物所吸收。而像蓝光、紫光这些波长较短的光，虽然也有一部分被海水和海藻等吸收，但是大部分一遇到海水的阻碍就纷纷散射到周围去了，或者干脆被反射回来了。我们看到的就是这部分被散射或被反射出来的光。海水越深，被散射和反射的蓝光就越多，所以，大海看上去总是碧蓝碧蓝的。

　　那么，浪花为什么是白色的呢?

　　你看，玻璃杯都是无色透明的，打碎以后的一片片玻璃还是透明的，但是，当我们把它们扫在一起的时候，却变成白晶晶的一堆了。而且，玻璃打得越碎，堆起来的颜色越白，如果玻璃碎成了玻璃末，那看上去简直就像一堆雪花。这是什么缘故呢?原来，玻璃能够透过光线反射光线，碎裂后的玻璃形成了许多不规则的角度，加上层层堆叠，光照射过去时，除了发生反射外，又发生了多次折射，而光线在经过了许许多多的屈折以后，从各个不同的方向漫射或折射出来，我们的眼睛碰到了这种光线，就觉得一片白色。

　　浪花正像打碎了的玻璃末，它也使光线作了这一次次的变幻，所以看上去是白色的。

　　知识点：光的反、光的折射、光的全反射、海水、浪花、雪

　　为什么霓虹灯会发出五颜六色的光来

　　暮色降临，华灯初上。色彩绚丽的霓虹灯组成了各种文字和图案，把市区装点得如火树银花一般，让人目不暇接。

　　当你在观察这城市美景时，可曾想过，为什么霓虹灯会发出五颜六色的光呢？

　　人类最早使用的电灯叫白炽灯，是发明家爱迪生研制成功的。这种灯是让电流通过灯丝，达到白炽状态后发光，效率很低，因为大部分电能都变成了热能耗损掉了，只有小部分转化为光。1802年，美国有位科学家叫休伊特，把少量水银蒸气填充到真空管里，在灯管的两端引出两个电极，加上电压后，水银蒸气在电弧激发下发出炫目的辉光。这种灯光光谱与太阳光接近，亮度很强，很适合于拍摄电影。后来，大家都叫它水银灯。

　　水银灯的成功引起了人们的兴趣。1910年，法国化学家克劳德把无色的惰性气体氖充入灯管，通电后，氖气受到电场的激发，放出橘红色的光。氖灯射出的红光，在空气中穿透力很强，可以穿过浓雾。因此氖灯常用在港口、机场和交通线的灯标上。根据“氖灯”的英文译音，人们把这类灯叫做霓虹灯。

　　氩是另一种惰性气体，在空气里含量达l％，比较容易获得，在电场的激发下，氩会射出浅蓝色的光，因此它也被用来填充到霓虹灯管里。除了氖和氩之外，有的霓虹灯里充进氦气，它会射出淡红色的光；有的霓虹灯还充进了氖、氩、氦和水银蒸气等四种气体(或三种、两种)的混合物，由于各种气体的比例不同，便能获得五颜六色的霓虹灯了。

　　那么为什么不同的气体发出的光会有不同的颜色呢？我们知道，原子是由原子核和若干绕核旋转的电子组成。电子允许在若干特定的轨道上运行。内层的电子受电场的激发会吸收“一份”能量跃迁到某个外层轨道上，处于受激状态。由于受激状态很不稳定，过不了一会儿，电子又会跃迁回原来的轨道，并把刚才吸收的那“一份”能量以光的形式辐射出来。这一份能量恰好等于原子在受激状态和初始状态的能量之差。显然，不同的气体有不同的原子结构和能级，吸收和辐射的那一份能量就有大有小。所以由这“一份”能量决定的辐射光的频率就不一样，而光的颜色完全由频率决定，所以，充入各种同气体的霓虹灯，就发出了五颜六色的光。

　　知识点：水银灯、霓虹灯、氖灯、惰性气体、受激状态、原子结构

　　为什么用遥控器能对一些

　　家用电器进行遥控

　　近年来，家用电器也在走向智能化和遥控化。遥控技术越来越多地应用于家用电器，控制电源开关，是遥控技术在家用电器中最广泛的应用。

　　家用电器的遥控开关，可以用声波、超声波、无线电波和红外线来控制，应用最多的是红外线遥控。

　　红外线是一种肉眼看不到的电磁波，波长在无线电波与可见光波之间，约为0．75-1000微米。

　　红外线遥控开关由红外线发射器和接收器两部分组成。发射器就是我们拿在手里的遥控器，遥控器里主要包括调制器和红外线发射管，可以对10米范围以内的家用电器遥控。红外线发射管能发射出一定波长的红外线，调制器能把控制开关的低频控制信号“载”在红外线上。所以，从红外线发射器发射出来的红外线，就包含了控制信号。

　　红外线遥控开关的接收器则安装在家用电器的正面面板上，它里面有接收管、抗干扰电路、解调器、开关控制器等。接收管是一种硅光敏三极管，通过光电效应，能将照射在它上面的红外线转变成电信号。抗干扰电路能鉴别和排除周围环境中的红外线干扰信号。解调器能将“载”在红外线上的低频控制信号“卸”下来，送入开关控制器，使电源开关接通或断开。

　　红外线好比是飞机，低频控制信号好比是乘客。红外线起到将控制信号从发射器运送到接收器的作用，好比飞机将乘客从甲地载到了乙地。真正起控制作用的，还是红外线上“载”着的低频控制信号，红外线不过是载运控制信号的工具而已。

　　遥控开关不仅能用来控制电源开关，也能用来控制电视机选择频道、音量的大小、电风扇调速、空调器的温度等。

　　知识点：遥控器、红外线、调制器、解调器

　　为什么真空包装能保鲜

　　真空包装也是根据物理原理。我们都知道，气体的压强是因为气体大量分子不停碰撞器壁产生的。所以，单位体积的分子数越多，温度越高，器壁单位面积上受到气体分子的冲击力就会越大，压强就越大。所谓的真空，是把容器里边的气体抽出来，抽出来的气体越多，在容器里的分子就会越少，压强就越小，因此常用容器里压强的大小，来表示容器里真空度的大小。