冰能“燒開”水
看了這個題目,你也許會大惑不解,冰隻能冷卻水,怎麼能“燒開”水?的確,通常情況,冰隻能使水冷卻,不能使水沸騰。
但在特殊條件下,冰能使水沸騰。
在燒瓶內灌半瓶水,放在火上加熱,待水沸騰後將燒瓶從火上取下並用塞子將瓶口塞住,這時沸騰停止了,把瓶倒過來在瓶底上放一些碎冰時,立刻看到水又重新沸騰起來。
液體的沸點與液麵上空氣的壓強有關。壓強高,沸點高,壓強低,沸點低。當我們把瓶口塞住時,瓶中隻有滾熱的水和水蒸氣,瓶中的空氣幾乎全被水蒸氣趕跑了,液麵上隻有蒸氣壓強,沒有空氣壓強。在瓶底放上碎冰後,瓶底冷卻使水蒸氣凝結為水滴,因此水麵上壓強降低,沸點也降低,所以,水又重新沸騰起來。
真空工廠
宇宙空間的的真空度可達到26×10-16帕,地球上能夠達到的真空度隻有13×10-10帕,因此,在宇宙空間中的一個容器裏隻有1個空氣分子的話,把這個容器搬到地球上的最高真空裏去,它裏麵競然增加100億個空氣分子!
有些精密產品常常需要在高真空環境中進行生產或加工,以減少空氣分子對產品質量的影響。例如,要製作性能更佳的半導體器件和厚度隻有幾個原子直徑的超大規模集成電路,地麵實驗室的真空度已經“力不從心”了,隻有到宇宙空間中去,利用那裏的超高真空度建造“真空工廠”才能實現這一目標。作為這項發展的第一步,軌道空間站應運而生了。
在未來的真空工廠裏除了生產高質量電子器材外,還可以生產高級有機化合物。在超高真空中,有機化合物在較低的溫度下就會發生氣化,因此,不需要加以高溫就可以使有機化合物在沒有裂解的情況下完成蒸餾分離。這樣,在地球上無法提取的純粹形態的有機化合物,在空間真空工廠中就可能用簡單的方法提取出來,這對我們進一步了解複雜有機化合物的結構和性能,並設法以最低的成本將其製造出來,都具有十分重要的意義。總之,真空工廠在材料工業中是可以大有作為的。
雲霧與諾貝爾獎
1894年秋天,英國物理學家威爾遜在蘇格蘭一個山上度假。
山頂上經常雲霧纏繞、變幻萬千,遊客們都被這迷人的景色所陶醉,威爾遜卻突發奇想,要在實驗室裏製造雲霧。
回到實驗室,威爾遜研究歸納了產生雲霧的條件:一個條件是空氣中的水蒸氣必須處於過飽和狀態,否則水蒸氣不會凝結成小水珠;另一個條件是空氣中要有一些“凝結核心”,通常,空氣中的塵埃起凝結核心的作用,這些微小顆粒上麵經常聚集了一些電荷,這些電荷會將過飽和水蒸氣凝結成小水珠,無數直徑很小的小水珠懸浮在空氣中,構成了雲霧的霧滴。
作為物理學家的威爾遜,除了弄清楚雲霧的生成條件外,還在想能否利用這個發現來研究物理現象呢?19世紀末,人類正在進入原子時代,微觀世界的新發現接二連三地問世。然而,像原子這樣的微觀粒子極其微小,人眼是看不見的。有什麼辦法能把微觀粒子的運動顯現出來?威爾遜想到了雲霧,在一隻幹淨的瓶子裏(即裏麵沒有任何凝結核心)形成過飽和蒸氣,這時如果有一個帶電的微觀粒子闖了進去,那麼在其周圍會凝結成一個霧滴,隨著粒子的運動,在其運動軌跡上,就有一連串霧滴組成為一條徑跡,這樣,就把人眼看不見的微觀粒子的運動軌跡,變成了人眼能看見的由一連串霧滴組成的徑跡。威爾遜發明的這個裝置叫“雲室”,他因這項發明而榮獲1927年的諾貝爾物理學獎。
衛星的冷熱病
衛星在太空中運行時,太陽曬到的部分溫度可高達一二百攝氏度,而太陽曬不到的地方卻很冷,可冷到零下一二百攝氏度。地麵上太陽曬得到的地方與曬不到的地方的溫差至多相差幾十攝氏度,在太空中為什麼會相差幾百攝氏度?這是由於太空中沒有空氣,因此也不存在由於空氣對流所造成的氣溫調節作用。
由於在太空中,衛星表麵曬到和曬不到太陽的部分有著高達幾百攝氏度的溫差,將使衛星上的儀器無法正常工作,為此,科學家們必須事先采取溫控措施,以保持衛星有較恒定的“體溫”。在地麵上人們可以用空調機來製冷,或用電爐來加熱,然而在太空中卻行不通。因為衛星發射的費用十分昂貴,所以由衛星帶上天的各種儀器的重量必須“斤斤計較”。為了調節衛星的“體溫”,而把空調或電爐送上天顯然是不合算的。通常科學家們采取一些被動的調溫方法。例如,在衛星表麵塗上一層“溫控塗層”,以限製衛星受太陽暴曬時吸收過多的輻射熱,同時又防止曬不到太陽的那部分向外輻射造成熱量損失。也有把安放儀器的艙室做成像熱水瓶膽那樣的雙層真空隔熱艙,以保持艙內儀器有一個常溫工作環境。