书城科普读物运用物理学原理解读生活现象
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第13章 热中的怪异现象(2)

那么,人怎样才会有这样强的耐热能力呢?原来人体实际上是绝不能达到这样高的温度,他还保持着接近正常体温的温度。在高温的环境下,人体用大量出汗的方法来抵御高温,汗水蒸发的时候,能从紧贴皮肤的那一层空气里吸收多量的热,使这层空气的温度大大降低,并且空气是不易导热的。不过要使人体能够忍受住高温,最主要的条件是:人体不能直接接触热源。在上面的实验里,两位物理学家是站在绝热板上的,而且空气必须干燥,同时实验者要喝大量的水,以便分泌出大量的汗水。看来处于高温中的人,汗水的蒸发,还真是生死攸关的大事哩!

很多人常有这样的经验,盛夏温度达到30℃以上,比之梅雨季节温度只有20℃左右反而更好忍受些。原因当然在于梅雨天的相对湿度高,而盛夏的相对湿度比较低。

十三、以毒攻毒之法

1987年大兴安岭发生了一场骇人的大火,举世为之瞩目。为了尽快地扑灭大火,人们绞尽脑汁,想尽了各种办法。在与燎原大火的斗争中还有一种鲜为人知的方法,在某些情况下这是在森林或草原上跟火灾作斗争的最好的、有时也是唯一的方法,就是迎着大火的来向放火。新的火焰朝着猖獗的火海前进,消灭掉容易燃烧的物质,使大火失去了燃料,两堵火墙遇在一起,就会立即熄灭,好像彼此吞噬掉了一样,此乃以火灭火。

美洲草原里发生大火的时候,人们就曾经用过这种方法扑灭了那场冲天的大火。关于这件事,库帕在他写的长篇小说《草原》里曾作了专门的描述。一位老猎人为了把一些被围困在大火里快要被烧死的旅客拯救出来,他采取了以火灭火的办法,现从小说《草原》里摘录几段:

老人突然采取了断然的措施。

“是行动的时刻了。”他说。

“可是你行动得已经太晚了,可怜的老头子!”米德里顿叫道,“大火离我们只有四百米了,风又是用这样可怕的速度向我们这里吹!”

“是吗!火,我也不怎么怕它。好吧,孩子们,别尽站着!现在马上动手割掉这一片干草,清出一块地面来。”

在很短的时间里就清出了一块直径大约6米的地面。老猎人吩咐妇女们,教她们用被褥把自己那些容易着火的衣服盖起来,然后就领她们走到这块不大的空地的一边去。做了这些预防措施之后,老人就走到这块空地的另一边,那里大火已经像个高而危险的火墙,把旅客包围了。他点着一束非常干的草并投向干草丛中去。容易燃烧的干草立刻熊熊地烧起来。然后老人走到圈子中央,耐心地等待着自己行动的结果。

他放的这一把火贪婪地扑向新的燃料,一会儿工夫树丛里的草也烧了起来。

“现在你们可以看怎样跟火作战了。”老人兴致勃勃地说。

“这不是更危险了吗?”吃惊的米德里顿大声叫道,“你不但没有把‘敌人’赶走,反而把它引到身边来了呀!”

老人放的这把火越烧越大,同时向三个方面蔓延开来。但是在第四方面却因为缺少燃料而熄灭了。随着越来越大的火势,在大火前面出现的空地也越来越大了。这片刚出现的黑色冒烟的空地,要比用镰刀割的草地光得多。他们刚才清除出来的这块地方便随着从其他几面包围着它的火焰的远离而扩大出去。要不是这样的话,那些避难者的处境是会变得很危险的。几分钟以后,各方面的火焰都后退了,只有烟还包围着人们,但是这对于人已经没有危险了,大火已经疯狂地向远方奔去了。

旁边的人如同斐迪南王的廷臣们观看哥伦布竖鸡蛋一样,是怀着惊异的心情目睹这个老猎人的简易的、然而又是惊心动魄的灭火法的……

但是这种跟草原和森林大火作斗争的方法,并不像一般人想的那样简单。只有极有经验的人才能利用迎火燃烧的方法来扑灭火,否则会引火烧身,发生更大的灾祸。

如果认真地想一想下面这个问题,你就会明白做这件事为什么需要丰富的经验了:这个老猎人所放的火怎么会迎着火烧去,而不朝相反的方向烧呢?要知道风是从大火那方面吹来,把火带到旅客身边来的。好像这位老人所放的火应当不迎着火海烧去,而要顺着草原后退似的,倘若果真如此,旅客们就不可避免地葬身于火海之中了。

那么这位老猎人到底有什么灭火的诀窍呢?这不难由普通的物理知识来解释。风虽然是从燃烧着的草原那—方面向旅客吹来的,可是在火前面离火很近的地方,应该有相反的气流朝着火焰吹。原因是火海上面的空气受热以后会变轻,而且被没有遭到火灾的草原上来的各方面的新鲜空气推向上方。由此可知,在火的边界附近一定有迎着火焰流去的气流。必须在火焰接近得能觉察出已经有空气在向大火吹去的时候才能动手迎着火放火。这也就是为什么老猎人不急于动手,而沉着地等待着适当时机的缘故。如果他在这种气流还没有出现的时候过早地把草烧着,那么火就会朝相反的方向(即靠近旅客的方向)蔓延开来,使人们的处境变得格外危险。可是也不能动手太迟,即火烧眉睫时才放火,也是会把人烧死的。机不可失,适当地把握时机是何等重要啊!

十四、为什么春天常刮大风?

地球上温度高的地区,空气受热膨胀,形成低气压区;温度低的地区,空气遇冷收缩,形成高气压区,空气便由高气压区向低气压区流动。两个地区的气压高低相差越大,空气流动的速度就越快,因此产生的风力也就越大。

春天,太阳直射位置逐渐向北半球移动,北方大陆接受太阳的热量增多了,但是大陆以东的广大海面增温较慢。这样,便在陆地上形成热低压区,而在海面上形成稳定的高压区,由此而产生由海洋刮向大陆的季风。

另外,春季暖空气活跃,迫使北方的冷空气后退,出现冷暖空气变换,造成地面温度较高,而高空温度下降的现象,致使大气层很不稳定。这是春季爱刮大风的另一原因。

十五、怎样用沸水把水烧开?

拿一个小瓶(普通的小玻璃瓶或药瓶),在里面灌些水,把它放在一个架在火上的清水锅里。为了使小瓶不碰着锅底,应该把小瓶挂在铁环上。当锅里的水沸腾的时候,似乎瓶里的水也会跟着沸腾。然而奇怪得很,不论你等多久,也不会出现这个结果:瓶里的水会变热,甚至会非常之热,但是总不会沸腾。沸水好像没有足够的热量把水烧沸似的。

这种结果似乎是出人意料,其实懂得了液体汽化的知识,也是意料之中的事。为了把水烧沸,光是把它加热到100℃是不够的,还必须再给它很多热量,才能使水从液态变成气态。

纯水在100℃时就会沸腾。在通常的条件下无论再怎样对它加热,它的温度也不会再上升。这就是说,我们用来对瓶里的水加热的那个热源的温度既然只有100℃,那么它能使瓶里的水达到的温度也只有100℃。这种温度的平衡一经来到,就不会再有热量从锅里的水传到瓶里。

因此,用这种方法来对瓶里的水加热,我们就不能使它得到转变成蒸汽所必需的那份额外的“潜热”(每100克100℃的水还需要539卡的热才能转变成蒸汽)。这就是小瓶里的水无论怎样加热总不能沸腾的原因。

你也许会问,小瓶里的水和锅里的水究竟有什么区别呢?要知道在小瓶里的也同样是水,只不过同锅里的水隔着一层玻璃罢了,为什么瓶里的水就不能同锅里的水一样沸腾呢?

这是因为这层玻璃阻碍着瓶里的水,使它不能同锅里的水一起对流,锅里的水的每一个分子都能直接跟灼热的锅底接触,能吸收更多的热使其本身汽化。然而瓶里的水却只能同沸水接触,由于瓶内外温度相同,彼此不能进行热交换,故瓶里的水不能汽化,也不能沸腾。

可见用沸腾的纯水来烧沸水是不可能的。可是如果向锅里撒一把盐,情况就不同了。盐水的沸点不是100℃,而是略微高一些,因此,也就可以把瓶里的水烧沸了。

十六、你听说过“赴汤蹈火”吗?

你可能听说过“赴汤蹈火”的把戏吧。表演者当场把一只潮湿的手指伸进熔融的铅液里,然后以极快的速度拔出来,安然若素,有的演员以骇人的勇气,竟然光着脚,在烧红的木炭或者铁板上行走,其落脚处“吱吱”作响并腾起阵阵水汽,令人毛骨悚然。据记载,有人创造了在一排燃烧着的木炭(温度高达650℃)上步行了7.5米的纪录,还有的专业表演者甚至能舔一根热得发红的钢棒。

你可能以为这些演员的手指或者脚底上涂抹了什么神奇的保护剂。其实,这是误解,他们什么也没有涂。这种神奇的表演是靠了蒸汽的绝热作用。原来当潮湿的手指迅速插进高温的铅溶液时,手指上的水马上受热汽化,在手指周围形成一个很薄的蒸汽层,在极短的时间里,它起到了很好的绝热保护作用,以隔绝铅液把大量的热传给手指,“蹈火”的表演者完成这个骇人动作的关键是他的脚底上一定要有足够的汗水。这样,当脚底同炭火接触的时候,汗水迅速汽化,形成一层蒸汽膜,起到了瞬时保护作用。行走之间流出的汗水,供继续汽化之用,使演员能安全行走几米之远而不致烧焦皮肉。不过你自己如果没经过特殊训练,切不可贸然从事!

还有一道名菜叫做糖酥活鱼,你看那技艺高超的厨师,很利落地将活鱼剖肚除脏,再和以调料,将鱼身随即放入高温油锅内,只听见几声叮当响,一条色香味俱佳的糖酥鱼便做成了。令人惊讶的是那鱼还在盘中摇头摆尾,张嘴鼓鳃呢。诚然,鱼的头尾未经油锅的热处理,但如若不是鱼身难以传热的话,鱼的首尾怎么还能动弹呢?

十七、对流原理在冰镇食品中的作用

对流原理对冰镇食品也大有作为。你说,冰是放在食品上面好,还是放在下面好?你也许认为,当然应该把食品放在冰上好了。恰好错了,只要用对流原理来分析一下就明白了。把食品放在冰上面,冰上的空气密度变大而下降,因而四周的热空气便不断地过来补充,结果食品周围始终保持比较高的温度,只有直接和冰接触的地方温度才稍低一些而已,这当然达不到冰镇的目的。

然而,把食品放在冰下,情况就不同了。被冰冷却的空气不断下沉,食品的热量传给冷空气,冷空气变热以后又会上升,这样冷热空气便形成对流,使食品的温度降得很低,好像给它套上了一个冷气罩子似的。

十八、雪山献水的道理

太阳的表面温度有六千多度,内部高达几千万度,是一个巨大的热源。太阳和地球之间近似于真空,太阳的热是通过辐射传到地球上来的。

所有的物体都能辐射或吸收热,但是本领的大小,跟它们表面的颜色和光滑程度有关。下面做两个实验证实这一点。

找两个同样的铁罐,分别涂成黑色和白色,并且两个铁罐都装满温度相同的热水,各插入一根温度计,然后把它们放在同一个台子上,使它们的传导和对流的条件完全相同。但是,黑罐的水温比白罐的水温下降得快,说明散失的热量多。该实验说明,表面黑暗的物体善于辐射热,而表面白亮的物体不善于辐射热。因此,需要减少辐射的高温设备,比如蒸汽导管等,其表面都涂成银白色。

将上面的两个铁罐里装满相同温度的冷水之后,一起放到阳光下,你便发现黑罐里的水温比白罐里的水温升得快,吸收的热量多。这说明,表面黑暗的物体善于吸收热量,表面白亮的物体善于反射热。因此,夏天穿浅色衣服比穿深色衣服感到凉爽。

利用黑色物体善于吸热的道理,可以叫雪山献水。例如,我国西北高原的祁连山上终年白雪皑皑,但是它周围的土地却因缺水干旱而荒芜。解放以后,人民政府派出征服雪山的工作队,带上大量的炭黑,撒在整个祁连山上。由于乌黑的炭黑大量吸收来自太阳的辐射热,使得冰融雪化,终于使祁连山滚滚的雪水,灌溉周围的良田。

十九、火烧云的形成

每当夏天的拂晓,在东方的地平线附近,往往出现一片火红的云,这样的白天会是晴天。有人解释说,这是太阳之火把云烧掉了,因此在清晨以后云便消失了,变成了骄阳似火的大晴天。这究竟是怎么回事呢?这是因为从太阳射来的可见光照到云上,大部分都穿过云层射到地面被吸收。当地面变暖时,它的热辐射(长波的光)增大了。当云吸收了这种辐射,云顶部和底部之间的温差足以产生湍流,是这种湍流把云破坏了,并非是火真的把云烧毁或吃掉了。

二十、冬天千万不要接触金属

人们在冬天接触冷的金属器件,或接触刚从冰箱中取出的一只冰冷的金属盘,可要十分当心,这时你的手指很容易粘在这些金属物品上,甚至会剥落一层皮肤。有人以此用一种恶作剧来逗无知的孩子,唆使其用舌头去舔它们,这更危险,往往会粘掉舌上的皮肉。这是因为金属是热的良导体,它会使手指(舌)上的水分迅速地冷却而结冰,金属通过冰层把皮肤紧紧地粘在一起。遇到这种情况,如果触摸的是碗、盘之类的轻小物体,可把碗、盘等物一齐浸在水中。待手上的冰融化后再拿手于水外,便可免受皮肉之苦。

二十一、冰块的包装

为了搬运冰块,最好把它用一张湿纸包裹起来,便能使冰在较长时间内处于冰冻状态。这时外界的热量必定要通过水层来传导,我们知道水是不易传热的,因而减少了传递给冰的热量。

二十二、核爆炸带来的灾难

在核爆炸对生命产生的多重危险中,可能以最终产生的熊熊大火最危险。一枚一百万吨级的核弹至少可以使15千米半径内的一切可燃物荡然无存,都淹没在火海之中,造成毁灭性的破坏。火灾是由核爆炸的火球发射可见辐射和红外线辐射所造成的。在爆炸后约1秒钟内(开始约5×105K)所发射的大部分电磁辐射是紫外辐射。但是紫外光很易被空气吸收,所以它仅局限于爆炸中心的极近范围。当火球扩展而冷却时,发射的辐射便向长波长变化,这时较多的电磁辐射就是可见光和红外线辐射。这些辐射都能透过空气,因此火灾的危险性不是在刚爆炸的瞬时,而是在引爆后约2~3秒后的较长时间里。

实际上,如果你在离爆炸中心数千米之外的地方,有足够时间(约3秒钟)躲在障碍物后面保护自己避免直射光的照射,就能减轻皮肉的灼伤。在广岛、长崎有一些例子就说明,未遮蔽的皮肤严重烧伤,而有衣服遮蔽的皮肤却基本上未遭烧伤。

二十三、沸水神裁法的神奇

日本的神道教有一种隆重的仪式称为汤花仪式,或称之为沸水神裁法,堪称东方最惊心动魄的魔术之一。