书城自然科学谁会是下一个牛顿:最让人受启发的物理现象
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第15章 电是个什么东西(3)

煮熟,就要延长加热时间而浪费许多热量。如果用雷达波加热食物,每一小部分都在电磁波的作用下同时热起来,并不需要热的传导,因此非常省时。想到这里,珀西立即动手制作了一个用雷达波烤肉的灶具--现在我们叫做微波炉。

"炉子"的核心是一个叫做磁控管的装置。它能发出波长1毫米到1米范围的看不见的微波,食物内部的分子以每秒1千兆~1万兆次地来回振荡,彼此激烈地碰撞而温度升高。有的微波直接照到食物上,有的则经箱子内壁的一次、两次或更多次反射以后,再照到食物上。微波炉能在很短的时间内烧、烤、炖食物,它还能解冻食物。由于微波一次穿透食物只有几个厘米的深度,所以加热的食物最好切成片或经常翻动。

微波炉加热食物时只对富含水分的食物起作用,盛食物的瓷盘子却不会被加热,所以当你从微波炉中取食物的时候,盘子不太烫手。

微波不仅用来加热食物,筑路工人已经用它来加热铺路的柏油。美国哈维实验室在研究一种拆除原子能反应堆混凝土建筑的方法,由于有放射性不允许扬起一点灰尘,科学家想到了用微波加热混凝土中含的水分,水在变成水蒸气的过程中膨胀,就会使混凝土炸开。在此过程中不会产生任何灰尘。

闪电的形状为何是弯弯曲曲的

大家都知道,带异性电的两块云接近时放出闪电,闪电中因高温使空气体积迅速膨胀、水滴汽化而发出强烈的爆炸声,这就是我们常说的"电闪雷鸣"。可是你是否注意到,闪电为什么总是弯弯曲曲的呢?

美国国家气象局的内泽特·赖德尔认为,每当暴风雨来临,雨点即能获得额外的电子。电子是带负电的,这些电子会追寻地面上的正电荷。额外的电子流出云层后,要碰撞别的电子,使别的电子也变成游离电子,因而产生了传导性轨迹。传导的轨迹会在空气中散布着的不规则形状的带电离子群中间跳跃着迂回延伸,而一般不会是直线。所以,闪电的轨迹总是蜿蜒曲折的。

弯弯曲曲的闪电

下面让我们了解一下形形色色的闪电知识吧!

黑色闪电1974年6月23日17时45分,苏联著名天文学家契尔诺夫在札巴洛日城曾亲眼看到一次飞速滚动的黑色闪电。时值一场大雷雨正袭击该城。开始是强烈的球状闪电,一会在它后边飞过一团黑色闪电,在灰色云层的背景下看得很清楚。科学家们观察研究后发现,黑色闪电常在树上、桅杆上、房顶上和金属表面上,呈现出瘤体状或泥团状。当人们用物体敲打或摘除它时,它便会燃烧或爆炸。

黑色闪电的"本来面目"很难被揭穿,人们往往错把它看成是一只鸟儿或其他物体,因此是最危险的闪电。当人们或飞机接近时,它会变成球状体并发生爆炸。

黑色闪电是怎样形成的呢?科学家们研究的结论:它是由分子气溶胶聚集物产生出来的。它是由于太阳、宇宙光、云电场、条状闪电等因素长时间作用于空气产生的。当聚集物基本聚成球状时,就会变成能爆炸的黑色闪电。

黑色闪电

干闪电海外闪电研究专家告诫世人,即使在没有暴雨和雷声的时候,也要当心干闪电的突然袭击。因为云层中的空气和水粒子的湍流作用会在大气中形成电荷。由此形成的闪电已使许多人丧生。离赤道较近的新加坡在过去的40年里就有一百多人遭到这种干闪电的袭击而死去。1995年12月的一天,天空中形成的使人们无法用裸眼测出的干闪电将一名正在起重机上操作的33岁男子击中,起重机也被击毁。

科研人员认为,即使在天空中没有下过一点雨珠也听不到雷响的情况下,闪电活动也可能产生。一般说来,只要在天空中发现类似要下暴雨的云层,在高空作业或野外空旷地区工作的人员就应该马上回到室内或寻找一处较为安全的地方躲避,避免可能出现的干闪电的袭击。

海底闪电大气中的闪电打雷司空见惯,这是由于空气的导电能力差,当乌云中的正负电荷积累到一定程度,就会放电。而海水是咸的,且浓度大,电导率相对较好,似乎无法积聚起大量的电荷,怎么能产生闪电现象呢?海底也有闪电,这是苏联科学家在日本海底发现的。灵敏的电场仪表明,海底放电的频率与大气中闪电的频率相同。这使科学家们大惑不解。因为按照水文物理学规律,深层海水的电导率良好,理应与雷公雷母无缘。

科学家们经过反复试验,最后认为:电荷源实际上来自陆地上近海岸的空中,再经过岩石传导,一直深入到海底。但随着传导距离的增加,电量逐渐减少。因此,海底测得的放电量一般是较弱的。这样看来,海底世界并不平静,它不同程度地与陆地世界息息相通。无论海洋,还是陆地,都是地球不可分割的组成部分,它们之间总是难舍难分的。

日光灯为何会不停地闪烁

有一天,小明发现日光灯不停地闪烁,他以为灯坏了要爆炸了,妈妈说这是很正常的现象。可是小明弄不明白,为什么白炽灯会不停地闪烁呢?这下可难住了妈妈。

日光灯

小明问过老师后才知道,原来这里面包含不少物理知识。交变电流的强弱在不断变化,甚至有时瞬间电流为0,但是,为什么我们没有感觉到白炽灯的闪烁?这是因为它变化得太快。例如,家庭电路中的交变电流从这个方向变为另一个方向,又变回到这个方向,每秒钟要发生50次这样的循环,其间有100个时刻电流为0,人眼是不能分辨这样迅速的亮度变化的。此外,白炽灯的灯丝温度也不可能变得这么快,因此发光的强度实际上没有剧烈地变化。

日光灯是靠气体导电发光的,它的"惯性"比白炽灯的"惯性"小得多。

谈到了电灯,我们都知道它是爱迪生在1879年发明的,可是我们不免会问:在电灯被发明之前,人们是怎样照明的呢?

在电灯问世之前,人们普遍使用的照明工具是煤油灯或煤气灯。这种灯因燃烧煤油或煤气,因此,有浓烈的黑烟和刺鼻的臭味,并且要经常添加燃料、擦洗灯罩,因而很不方便。更严重的是,这种灯很容易引起火灾,酿成大祸。多少年来,很多科学家想尽办法,想发明一种既安全又方便的灯。

19世纪初,英国一位化学家用2000节电池和2根炭棒,制成世界上第一盏弧光灯。但这种灯光线太强,只能安装在街道或广场上,普通家庭无法使用。无数科学家为此绞尽脑汁,想制造一种价廉物美、经久耐用的家用电灯。

这一天终于到来了。1879年10月21日,一位美国发明家通过长期的反复试验,终于点燃了世界上第一盏有实用价值的电灯。从此,这位发明家的名字,就像他发明的电灯一样走入了千家万户。他就是被后人赞誉为"发明大王"的爱迪生。

磁铁除杂草

农业生产中的杂草,与作物争水争肥,清除又很麻烦,我们都从杂草种子就开始清除。可是,杂草在几百万年的生存竞争中获得了它生存发展的非凡"本领"。杂草的种子细小而多绒毛,混杂在作物种子中而难以分拣,它可随风飞扬,又可粘在牛、羊等动物的毛上而散布,令人十分头痛。

经过研究实验,人们成功地请磁铁来清除讨厌的杂草种子。具体方法是,在混有杂草种子的作物种子里撒上铁屑,由于杂草种子有绒毛就易粘住铁屑,而作物种子比较光滑不粘铁屑。然后用磁力强大的电磁铁,把粘有铁屑的杂草种子"吸"出来。通过反复多次操作,就可以把混在作物种子里的杂草种子都"捞"出来清除了。

地球是个大磁体

远古时代,人类就观察到雷鸣电闪、北极光和太阳黑子等令人敬畏的"神奇"自然现象,有了对电磁的原始认识。

公元前约三百年,我国的《吕氏春秋》中就有"慈石召铁或引之也"的文字记载。用慈母召引子女的关系来比拟磁石吸引铁的现象,所以把"磁"写为"慈"。这是对磁现象最早的历史记载。有意思的是,欧洲法兰西法文古称磁石为"Aimant",也有"慈爱"和"吸引"的意思。公元前二世纪,我国发明了最早利用磁学的仪器--指南针(罗盘)。

北宋沈括是世界上最早提出"地磁偏角"的科学家,他明确指出:"方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。"而哥伦布首航"新大陆"时发现地磁偏角,已是四百年之后的1492年了。

但是,真正解释磁针为什么"指南"的道理,恰是英国物理学家吉尔伯特。他在1600年发表了《论磁铁、磁体及地球是一个大磁体》一文,说明地球本身就是一个大磁体,开创了近代磁学的科学研究。

琥珀与电的不解之缘

琥珀,这种古代松柏树脂的化石,以它的透明黄褐色奇特光泽和"栩栩如生"的包含昆虫而被视为奇珍异宝。

收藏的主人赏玩时,经常发现琥珀容易积尘,而在擦拭尘埃时又有"挥之不去"的现象,但是都没有对这现象去多作思考。直到公元前六世纪,古希腊学者泰勒斯对这个问题进行了思考研究,发现用毛皮摩擦琥珀,会产生能吸引毛发、细草、皮屑等轻小物质的"神奇能力"。这是人类在雷电等自然现象以外,最早对"摩擦生电现象"的发现。

有意思的是,我国汉代科学家王充(公元27-107年)在《论衡·乱龙篇》中记载:"顿牟缀芥,磁石引针。"也是说顿牟(琥珀)可以吸引细草。琥珀从此与"神奇能力"--电结下了不解之缘。

16世纪,英国物理学家吉尔伯特研究发现,不仅琥珀能够"起电",玻璃、宝石、硫黄、火漆等与毛皮等材料摩擦,也能有吸引纸屑、细草的"神奇能力"。把这种"神奇能力"称为"电"这一名词,也是吉尔伯特最早提出的,他为近代电磁学的发展,又作出了重要的贡献。

核辐射--看不见的隐形杀手

在第二次世界大战期间,美国在日本的广岛和长崎投下了两颗原子弹,日本因此遭受沉重打击,最后不得不提出无条件投降。可以说,原子弹对"二战"的结束起到了推动作用,但是也给遭受它攻击的地区留下了无尽的灾难。因为原子弹属于核武器,而使用核武器产生的物质辐射对生态环境有着难以想象的破坏力。核辐射是不折不扣的隐形杀手。

核辐射,即人们通常所说的放射性。根据研究得出,核辐射主要有三种射线,其中α射线和β射线这两种射线穿透力小,影响距离比较近,在辐射源不进入体内的情况下,对人体不会产生太大的影响。而γ射线相对来说对人体的影响较大,它是一种波长很短的电磁波,穿透力很强,对人体的影响主要由功率和频率决定。

原子弹爆炸会产生大量核辐射

一些室内摆件有时也会含有放射性。

人们一般会认为,只有在很少的情况下,才会不得不被核辐射所照射,这个观点是完全错误的。我们喝的水、呼吸的空气其实都是有辐射的,这是亿万年形成的客观事实,核辐射其实是无处不在的。所以人们讨论的重点不应该是有没有核辐射,而是在日常生活中有哪些物质会存在足以对人造成伤害的偏高或高的放射性。

在日常生活中我们最为注意的应该是室内的摆件,不要因为它的重量和体积均较小就轻视它,它们是紧密贴近人的"宠物",其放射性有时也会伤人:比如"夜明珠"。据分析,目前市场中的夜明珠主要是一种叫"萤石"的物质,它是经过加工而成,常含稀土、锶和钙,萤石在加热或有紫外线照射下显荧光,也具有不同程度的反射性;另外,有些含磷的矿物也能被加工成"夜明珠",放射性也偏高;专家提醒,这类"夜明珠"能不能在室内摆放,需要看它的放射性安全证明和实际检测结果,购买和摆放时一定要谨慎。

还有就是要谨慎使用骨质艺术品,用动物骨头制成的艺术品有时就会造成辐射超标。在检测中会发现一些"不明身份"的动物脊椎骨也有着偏高的核辐射,尤其是这些装饰品多是从街头小贩处购买的,很难查明其产地和来源。专家认为其产生的原因可能是动物吃进了某些含铀、镭等物质的食物,镭等物质沉积于骨骼造成放射性高,因此建议这类骨制品不宜摆放在卧室及儿童居住的房间。

温泉酒店内的氡气温泉池

但其实核辐射并没有那么可怕,甚至科学家发现少量的核辐射对人的身体健康是有益的。

2006年,在广东、浙江一些城市,去泡"有医疗价值的地热水"--氡温泉很是盛行。其实,氡是由镭衰变产生的自然界唯一的天然放射性稀有气体,容易被人体呼吸系统截留,并在局部区域不断累积而诱发肺癌。2006年底,公众得知了这一消息后,氡温泉立马成为恐嗅之源。但是氡温泉其实通常氢气浓度不高,不会对人形成明显的危害。而且若是"底部"通风良好,它可以起到治疗皮肤病尤其是去除老人斑的作用,并且还可以帮助减肥呢!

近年来,微量辐射的益处开始受到关注,更多研究显示出小剂量辐射可给人体带来好处。比如在中国广东地区的天然本底辐射是其相邻地区的三倍,而当地人的健康与邻区居民并没有明显区别。

无独有偶,1971年,美国原子能委员会发起活动,以考察低剂量核辐射对生物体健康的影响,委派诺曼博士对美国各州自然环境中的核辐射剂量进行测定,结果发现那些辐射剂量低的州癌症发病率明显高于辐射剂量高的州。紧接着美国的流行病学调查结果也表明,在高本底辐射地区,癌症的死亡率反而低。

随后,在20世纪80年代,匹兹堡大学的伯纳德博士比较了宾夕法尼亚州氡含量不同的272000个家庭中肺癌的发生率,发现某些生活环境中氡含量高的地区居民的肺癌发病率却低于整个宾夕法尼亚州的平均水平,这个研究结果也得到了哈佛大学流行病学专家格拉汉姆博士的验证。

根据这些例子可以证明,微量的核辐射对人类健康确实有着积极的推动作用,可以激起细胞自我修复机制,但可惜的是科学家们现在还没有给出"微量"的明确定义,即对人体产生伤害的界线还未有具体的划分。