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第12章 所有的物体都有温度吗(4)

将勺子放进热汤里的时候,勺柄也会变得很烫,这就是传导。地暖房从地板热逐渐变成房间热,则是对流现象。另外,我们煮水的时候,锅里面的水全都变热也属于对流现象。

晒着阳光或使用电暖炉时,我们的身体会产生热意,这是热量因辐射而传递的缘故。

若是将热牛奶放在餐桌上,过一段时间后它就会变凉。这是因为,牛奶的热量转移到了周围冷空气里的缘故。若是在寒冷的冬季长时间站在户外的话,会出现什么现象?肯定会觉得越来越冷。这是因为,我们身体的温度比周围空气高,热量从我们身体里转移到了周围空气里。

你有没有在寒冷的冬季去游乐园玩过?若是用手直接触摸滑梯、单杠、秋千等铁制的道具,会怎么样呢?你应该是不会抓的,因为知道那些东两很冰。不过,若你鼓起勇气抓住它们,你会发现刚开始的时候的确很冷,但过一会儿就没有那么冷了。

可能你会认为,觉得手冷是因为冷气传递到手掌的缘故,但这是错误的想法。前文已经说明过,热量总是从温度高的地方朝温度低的地方移动。即,并不是玩具的冷气传递到手掌,而是手的热量朝冰冷的玩具移动了,因此我们才会觉得手冷。当抓着的部分和手掌的温度相同时,即达到热平衡时热量的移动就会停滞,此时就会觉得没有刚开始那么冷了。

在炎热的夏季,如果我们把刚从冰箱里拿出来的可乐放在餐桌上,而不是立即饮用的话,可乐很快就会变温。这是因为,周围空气的热量朝可乐转移了的缘故。

当可乐和周围空气达到热平衡时,即两者的温度相同时,热量就不会再移动。

热量总是从温度高的地方朝温度低的地方移动。那么,有没有什么办法让热量逆向转移呢?若是施加外力的话,当然也可以做到这一点。这就和水虽然是从高处往低处流,但利用抽水泵的机械能即可把地下的水吸到地面上来一样。

我们每天使用的冰箱也是如此,它会利用电能,让温度从低处向高处转移。为了让冰箱内部的温度维持较低的状态,它会把内部产生的热量排到冰箱外。

你听说过"制冷剂"吗?你可能已经在电视新闻、报纸或科学杂志上了解到冰箱和空调的制冷剂--氟是破坏臭氧层的主犯。一些媒介可以从温度低的物质中抢夺热量,并将热量运至温度高的物质,而制冷剂就是这些媒介的统称。

随着冰箱内发动机的运转,制冷剂会通过冰箱壁内的管道循环,抢夺冰箱内部的热量,然后再把这些热量从冰箱后面排出来。因此,箱后面总是感觉比较热。

那么,开着冰箱门是不是可以起到和空调一样的效果呢?因为,开着冰箱门的话会有冷气胃出来。虽然如此,但事实上打开冰箱门时为了维持冰箱内部的低温,电机会做更大的功,而冰箱排出来的热量也会更多,因此屋内的温度反而会上升。

但如果是空调的话,它会把热量排到屋外,因此室内温度才会下降。

不过,如果你非要把冰箱当空调用,那你就在墙壁上打一个窟窿,让冰箱的后壁通向外面吧!就像空调的室外装置一样。这样一来,冰箱就会直接把热量排到屋外,起到空调的作用。只是你也要有所觉悟,其一是墙壁上要打出和冰箱大小相同的窟窿,其二是要支付更多的电费。

水利工程里的小秘密

虹吸原理是人类在饮水灌溉过程中发现的,体现了劳动人民的无穷智慧。早在公元前1世纪,就有人造出了一种奇特的虹吸管,可见这是人类的一种古老发明。在这一节中,我们就来讲述一下虹吸现象这个水利工程中发现的小秘密。

在中国古代称为"注子"、"渴乌"、"偏提"或"过山龙"的东西,其实就是应用虹吸原理制造的虹吸管。东汉末年,首先出现了在灌溉用的渴乌。与此同时,西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒,也是应用了虹吸的物理现象。到了宋朝时期,曾公亮《武经总要》记载,人们用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山。

虹吸原理在中国古代除了应用在农业方面外,还运用在了军事上,这就是唧筒。唧筒首次出现在宋代苏轼《东坡志林》卷四中,四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。明代的《种树书》中也讲到用唧筒激水来浇灌树苗的方法。后来,经过人们的不断改进,唧筒成了战争中一种守城必备的灭火器。

中国古代,许多原理仅仅停留在了实际应用的方面,但虹吸原理不同,人们把它上升到了理论高度。在南北朝时期成书的《关尹子·九药篇》说:"瓶存二窍,以水实之,倒泻;闭一则水不下,盖(气)不升则(水)不降。井虽千仞,汲之水上;盖(气)不降则(水)不升。"唐代的王冰在《素问》中曰:"虚管溉满,捻上悬之,水固不汇,为无升气而不能降也;空瓶小口,顿溉不入,为气不出而不能入也。"他明确地指出,一个小口的空瓶灌不进水是因为瓶里气体出不来,这即是早期记述得较为清楚的有关大气压力的物理现象。宋代俞琰在《席上腐谈》中补充了前人的发现,说:"予幼时有道人见教,则剧烧片纸纳空瓶,急覆于银盆水中,水皆涌入瓶而银瓶铿然有声,盖火气使之然也;又依法放于壮夫腹上,挈之不坠。"把燃烧的纸片投入瓶里,会使瓶里的一部分空气排出瓶外,瓶内的气压由此减小,形成负压,这时如将瓶子放入水中,大气压力就会使水涌入瓶内;若用类似的方法,则大气压力会使瓶子紧压在人腹部,现在人们熟知的拔火罐,其原理就是如此。由于在正常的大气压下虹吸管的作用比在真空时好,所以人们常常认为虹吸作用完全是由大气压力所产生的。但是事实上,这个看法是不对的,在真空里也能产生虹吸现象。

虹吸现象在实际的生活中应用得非常广泛,比如日常生活中,家里的鱼缸换水,卫生间马桶的应用,汽车司机常用虹吸管从油桶中吸出汽油或柴油,河南、山东一带应用虹吸管把黄河里的水引到堤内灌溉农田,等等。但最对人类有着最重要意义的是虹吸泄洪。虹吸泄洪的这种方法,对于自然灾害频繁的我国来说是极其重要的。虹吸泄洪可以自动运行:当洪水来临,大坝内的水位逐渐升高,当水位达到或超过泄洪水位时--水位与虹吸管顶部持平或稍高,这时洪水流入虹吸管内,把空气排净,使虹吸管处于真空状态,这时虹吸管正常工作。由于出水管的关口与坝内水位落差的作用,产生强大的吸力,使洪水高速飞泻。当水位降到泄洪线以下,进水管口以上,虹吸泄洪仍能正常运行。当水位降到安全水位线--虹吸管的进水口露出水面,虹吸泄洪就自动停止,但当洪水再度升高到泄洪水位时,虹吸管再度自行排洪。

每建一座拦水大坝,首先要保证洪水到来之即该水利工程的安全,但是传统的泄洪工程,需要一整套泄洪设施与之配套,才能使洪水能快速顺利通过。而具有宽而深的引洪道、钢铁铸造的巨型闸门、大型起吊闸门等等设备庞大笨重且耗资巨大,技术含量高,寿命短,不易维护。如果改用虹吸泄洪,根本就不需要以上的投资,仅仅只建造数根虹吸管和相配套的小功率抽气机就可以了。

洗完澡脚会变大吗

是什么缘故使冬天昼短夜长,夏天昼长夜短呢?冬天昼短,和一切别的可见或不可见的物体一样,是由于冷缩的缘故;至于夜长,是因为点起了灯火,暖了起来因此胀长的缘故。

上面这一段不可思议的奇妙论调,是从契诃夫一篇小说《顿河退伍的士兵》那里里引来的,你看了一定会发笑。可是,笑这种说法的人,自己也时常会创造出许多同样不可思议的怪论来。譬如,常常听到有人说或者甚至在书上读到,说什么洗完澡以后,靴子所以穿不进,是因为"脚给热水烫热膨胀,因此增加了体积"。这个有趣的例子已经变成常见的例子,而一般人常常做了完全不合理的解释。

首先,大家应该知道,人体在洗澡的时候温度几乎没有升高。在洗澡的时候人体温度升高一般不超过1℃,至多是2℃。人体机能会很好地跟四周环境的冷热影响作斗争,使体温保持在一定的度数。

而且我们的身体温度即使增加了1℃~2℃,体积增加得也非常有限,穿靴子的时候是绝对不会觉察到的。人体不管软的硬的各部分的膨胀系数都不超过万分之几。因此,脚板的阔狭和胫骨的粗细一共只能胀大百分之几厘米。那么,难道普通一双靴子,会缝制得精确到0.01厘米,像一根头发那么粗细的程度吗?

但是,事实却的确是这样:洗澡以后靴子的确很难穿进。不过穿不进的原因不在受热膨胀,而是在别的原因,例如充血、外皮肿起、皮肤润湿,以及别的许多根本跟热无关的现象。

铁路在什么时候比较长

对于下面这个问题:"十月铁路有多少长?"--有人这样回答:"这条铁路的平均长度是640千米,夏天比冬天要长出300米。"

这个出人意外的答案,并不像你所想的那么不合理:假如我们把钢轨密接的长度叫做铁路的长度的话,那么这条铁路的长度就真的应该夏天比冬天长。我们不要忘记,钢轨受热会膨胀,--温度每增高1℃,钢轨平均就会伸长原来长度的100,000分之一。在炎热的夏天,钢轨的温度会达到300℃~40℃或许更高些:有时候太阳把钢轨晒得摸起来烫人,但是在冬天,钢轨会冷到-25℃或者还更低。我们就把55℃当做冬夏两季钢轨温度的差数,把铁路全长640千米乘上0.00001再乘55,就知道这条铁路要伸长13千米!这样看来,莫斯科和圣彼得堡之间的铁路在夏天要比冬天长出13千米,也就是说,大约长出300米了。

当然,事实上这儿伸长了的并不是这两个城市之间的距离,而只是各根钢轨的总长度。这两个东西并不相等,因为铁路上的钢轨并不是密接的:在每两根钢轨相接的地方,留出了一定大小的间隙,以便钢轨受热的时候有膨胀的余地。数学的计算告诉我们,全部钢轨的总长度是在这些空隙之间增加的,在夏天很热的日子比冬天极冷的日子要伸长300米之多。因此十月铁路的钢轨长度事实上夏天比冬天长300米。

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