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第21章 神奇理化篇(2)

1855年,法国皇帝为了展示自己的成绩,在巴黎一次世界博览会上展出了这块德维尔提炼的铝,给它起名“来自黏土的白银”,并向世界宣称铝是法国人的发明。但德维尔却明白,这项殊荣不属于自己和自己的国家。他亲手用铝铸了一枚上面刻着维勒的名字、头像和“1827”图样的纪念章,将它送给了德国的同行、发现铝的先驱维勒。

不过,那时铝的价格仍然不菲,虽然生产铝的原料随处可见。但由于人们还没有找到一种更有效的提炼方法,致使铝无法成为大众产品。而“助熔剂”的发明却改变了这种局面。

在美国的化学家查尔斯、马丁、霍尔生活的年代,炼铝的方法已发展到电解氯化铝的时代,但这种方法却无法降低成本和提炼大量的铝。

霍尔毕业后,开始研究制铝的新方法。他发现电解熔盐制铝法是将氧化铝熔化,经电解后在阴极上得到纯铝。所以成功的关键是想办法将高达2072益的氧化铝的熔点降低。因此,霍尔开始试着寻找这样一种物质。经过多次实验之后,他终于找到了一种含铝的复盐——冰晶石作为电解时的助熔剂,使氧化铝在约1000益的温度下就能在熔化的冰晶石中进行电解。这种助熔剂的发现使大规模提炼铝在设备、技术上都切实可行,而且大大降低了生产成本。

1886年,霍尔拿着自己用新技术提炼出来的铝块向美国铝业公司售出了这一方法的专利。从此,铝从“贵族”变成了“平易近人的平民”。同年,法国的一位大学生保尔·路易·托圣特·赫洛特也几乎同时独立发明了与霍尔相同的炼铝法,并也在这一年取得专利。

人们将霍尔和赫洛特所发明的提炼铝的方法叫“助熔剂”法。助熔剂的发明,不但降低了铝的生产成本,更重要的是使铝成为一种重要的原料,而且这一方法为人们更好地利用这种金属提供了更广阔的前景。

铝真正变为彻底的“平民”是在19世纪末。1887年,随着世界上第一台大型电解装置的问世,为铝的大规模生产提供了条件。各国相继将铝应用于日用品、电气工业和造船工业中,铝成为人们生活中不可或缺的金属。这一切都应感谢那些改变人类生活的伟大科学家。

金属也有极限吗

谈到金属疲劳,大家一定觉得很奇怪,难道金属也会疲劳吗?会的,它跟人一样,超过了一定限度,就会疲劳。

我们不妨用铁丝做个实验,如果直着去拉,那是很难折断的,但要是反复弯折,就很容易弄断了。这说明,像钢铁这样的金属,在反复变化的外力作用下,它的强度要比在不变外力作用下小得多。人们便把这种现象叫做金属疲劳。

金属虽然像人一样会发生疲劳,但却同人的疲劳有着本质的区别:人疲劳后,经过一定的休息就可以恢复,而金属疲劳则永远不能恢复,因而造成许多恶性破坏事故,如轮船沉没、飞机坠毁、桥梁倒塌等。据估计,在现代机器设备中,有80%—90%的零部件的损坏,都是由金属的疲劳造成的。因为金属部件所受的外力超过一定限度,在材料内部抵抗最弱的地方,会出现人眼察觉不到的裂纹。如果部件所受外力不变,微小的裂纹就不会发展,材料也不易损坏。如果部件所受的是一种方向或大小经常重复变化的外力,那么金属材料内部的微小裂纹就会时而张开,时而相压,时而互相研磨,使裂纹扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度,金属材料被削弱到不再能承担外力时,只要有一点偶然的冲击,零部件就会发生断裂。所以,金属疲劳造成的破坏,往往都是突如其来的,没有明显的迹象让人察觉。

金属“疲劳”一词,最早是由法国学者彭赛提出来的。但对金属疲劳进行研究的,则是德国科学家A郾沃勒,他在19世纪50年代,就发现了表现金属疲劳特性的S—N曲线,并提出了疲劳极限的概念。尽管对金属疲劳的研究已经有100多年了,作为综合性的应用学科,已经从物理学的固体力学和金属物理学领域中分离出来,但许多问题仍没有得到解决。

现在,人们对金属的疲劳问题仍在不懈地探索着。其中人们最为关注的,是如何对现代化工业设备采取预防和保护措施,防患于未然。比如,选择具有较高抗疲劳性能的材料,防止应力集中,合理布局结构,提高构件表面加工质量,采用一些新技术和新工艺等。

再就是从理论上探讨金属疲劳造成破坏的原理是什么。在这方面,科学家们进行了各种各样的分析和研究。在疲劳破坏机理的研究中,就有人提出循环软化、滑移、位错、空洞合并和拉链等说法;在疲劳积累损伤方面,目前已建立了几十种损伤理论,包括线性理论、修正理论经验公式和半经验公式等;在疲劳裂纹扩展方面,已提出了几十个裂纹扩展公式。但这些观点和实验方法,都具有很大的局限性和片面性,还需科学家们付出更多的辛劳和努力。

金属疲劳问题,是现代工业面临的大敌,如不及时解决,将会遗患无穷。

所以,现在世界各国的科学家,都在进行不懈的努力,力图克服这个领域中的种种困难。相信在不远的将来,这方面的研究会有重大的突破。

点汞真的能成金吗

令人难以置信的是,日本一名科学家竟然真的找到了一种奇特的“炼金药”——酌射线。他用酌射线对准厚12厘米、半径50厘米、重1340千克的水银整整照射了70天,经过6天的自然冷却后,竟然真的得到了744克黄金。

原来,当酌射线射到某种元素的原子核时,这个原子核很可能会丢失一个质子,变为元素序号少一个的新元素。恰好,金的元素序号是79,汞的元素序号是80,所以在酌射线的照射下,汞才会转变为金。这一制取过程是放射化学研究的内容,不过,汞确实能变成黄金了。

人类“点”汞成金的梦想终于实现了,这是不是就意味着黄金将不再值钱了呢?回答当然是否定的。因为用这种方法制取黄金,成本非常昂贵。所以科学家正在设计一种新的炼金炉,希望能生产出廉价的黄金,从而使这个过程更具实用价值。

杀人于无形的次声

1948年2月的一天,一艘荷兰货船正航行在马六甲海峡的海面上。傍晚前后,突然有一股强风暴袭来,吹得货船不住地在海面上颠簸摇荡。风暴过后,货船的甲板上再也没见到一个活动的人影,只是从机舱中不断传来有节奏的轰鸣。船径直地朝一个方向驶去,一直顶到A国的海岸上,再也不能前进了,然而发动机还在不停地鸣响着……A国的边防人员见此情景,都感到困惑不解。有人猜想:莫非所有人员都睡着了,还是……他们很谨慎地登船一看,果然所有船员都卧倒了,横七竖八地躺在不同的地方。有人大声呼喊,这些人都毫无反应。又有人把手伸到船员的口鼻部,发现气息全无;触摸胸部,不见心跳。原来全都死了!

边防人员立即将此事向有关当局报告,并请来法医查找死因。医生们对所有死者进行了仔细检查,没有发现任何外伤和任何中毒症状。

医生们认为:船员们的死亡同心脏病突发者的死亡状况十分相似。但转而一想,这可能吗?回答显然是否定的。

因为这些船员绝对不可能因心脏病同时发作而死亡。那究竟是什么原因造成这一惨案呢?这个问题在很长时期内都没有找到答案。于是这一震惊全球的海上惨案又为这个世界增加了一个不解之谜。

真是“一波未平,一波又起”。后来有一天,有人到匈牙利的包拉得里山洞去旅游,刚踏进洞口里面那十分狭长的通道,就发现地上躺着三具来历不明的尸体。吓得旅游者们失声叫了起来,赶紧回去报告。经查证,发现死者是三个旅行家。可是医生没有从死者身上找到任何谋杀或自杀的迹象,但也长时期找不出死因。

随着近代科学技术的发展,这两个“不解之谜”终于被科学家们解开了,原来都是那个看不见、摸不着的“凶手”次声作的案。马六甲海峡惨案是由于海洋上的风暴产生的高强度次声所致;包拉得里山洞中的三名旅行家是由于气压剧变时所产生的高强度次声而致死。

次声是一种低频率的声音,人们的语言频率一般在300—5000赫兹。声频超过2万赫兹的叫超声,低于20赫兹的叫次声,超声和次声人们都听不到。次声的穿透力很强,在空气中能以1200多千米的时速传播。次声能使人烦躁不安,精神沮丧,甚至错乱癫狂。次声还能使人头晕目眩、呕吐恶心、全身痉挛或四肢麻木。低于7赫兹的高强度次声对人体有致命危害。例如:法国的一个次声研究所,有一次在进行次声试验时,因技术上的差错,让次声泄漏出去,致使5千米之外的30名无辜居民,顷刻间全部死亡。

为什么高强度、低频率的次声能使人致死呢?归根结底还应该说是“共振”。人体肌肉内脏器官都有其固有的振动频率,当这种较低的固有频率与次声波的频率相同时,就会发生共振,产生较大的振幅和能量,从而造成人体结构的巨大破坏而死亡。

自然界的次声波来源于多方面,如太阳磁暴、流星撞击、风暴、大海咆哮、火山喷发、雷鸣闪电等。各种人造机构也能成为次声源,如原子弹爆炸、运载火箭的发射、鼓风机、真空泵、柴油机等。

因此,人们在防止噪声对环境污染的同时,还必须注意防止这种听不到的次声对人体的危害。

寻找制氢新途径

氢不是一次能源,必须通过其他能源来转换。人们现在常用的制氢方法,主要是以煤、石油、天然气为原料,让其在高温下与水蒸气反应,从而得到氢。

可是这样做会消耗大量能源,也会污染环境,因此得不偿失。人们想寻找出新的制氢方法,从而使氢成为方便燃料。

一些工业部门使用电解水的方法制氢。然而,电解水要耗费大量电能,成本非常高。如今已找到新的方法,可以使电解水降低电的消耗量。

随着探索制氢新途径的发展,目前出现了一支制氢生力军。科学家发现,通过对植物叶绿素的光合作用进行模仿,从而可以得到氢。

植物的叶子中有一种叶绿素,能够吸收阳光把水分解成氢和氧。释放出来的氧可以净化空气,而氢与二氧化碳作用可生成碳水化合物,这是植物生长所必需的养分。假如可以造出模仿植物光合作用的装置,同时使光合作用停留在分解水的阶段,这样便能利用太阳光和水产生氢气。英美等国的科学家,已经研制出了用叶绿素体制造氢的装置。利用这种装置,用1克叶绿素在1小时内就可产生1升氢气。

随着科学技术的发展,太阳也能制氢,这将是未来氢气的主要来源。科学家们还提出了一个大胆的设想在未来的时代中,可以建造一些专门的核电站,提供大量电力来电解水制氢,得到的氢和氧可用专门的贮气设备贮存起来,供人们使用。我们相信,这一天已经不远了。

地磁场对人体有影响吗

信鸽辨别方向的能力特别强,即使上海的信鸽带到新疆放飞,它仍然会飞回上海。路途中就是碰到狂风暴雨,它也不会迷失方向。为什么它有这么大的辨别方向的本领呢?科学家对信鸽进行研究,做了这样一个有趣的实验。把磁棒和铜棒分别绑在一些鸽子身上,然后运到很远的地方放飞,选择在阴天。结果很有趣,绑着铜棒的鸽子,飞行方向正确,都安全返回主人家。而那些绑着磁棒的鸽子却满天飞失去了方向。这个实验说明鸽子能利用地磁场导向。绑了磁棒的鸽子,识别地磁场的本领受到磁棒的干扰,自然也就迷失了方向。

对候鸟迁徙现象进行研究,发现候鸟体内有“雷达”,它能够根据自己的电磁场同地磁场的相互作用来正确定向。为了证明这一点,秋天,科学家把候鸟关进笼子里,用布罩起来,不让它们看到外面世界。这些鸟却固执地聚集在笼子的南部,准备向南飞。后来,把笼子放在一种磁场装置里,这些鸟儿就失去了方向,在笼子里到处都有。可见地磁场对它们是多么重要了。不光鸟类,就是一些昆虫,甚至细菌也会对地磁场有感受之能力。有一种细菌,总是一头朝南,一头朝北。从不在东西方向上“躺”着。这就充分说明它也有感知地磁场的本领。有的鱼儿,把它放进陌生的静水池里,它也是朝着南北方向游动。有种白蚁能在南北方向上建巢,因此称这种白蚁为“罗盘白蚁”。

医学专家发现,人类的某些疾病与地球的磁纬度也有一定的关系。例如猩红热多数发生在北纬30毅—60毅和南纬10毅—40毅范围之内。而且发病率与地磁的变化有关。在一些地磁异常的地方,人们患高血压、风湿性关节炎和精神病的人数,要比地磁场正常的地区高120%—160%。这充分说明,地磁场与某些疾病相关。

那么,地磁场是如何影响人体健康的呢?解释有多种,但都不理想。一种认为人体的各部分都有水,水在地磁场中会发生物理化学变化。这样,当地磁场变化后,自然影响到水,也就使人体功能也发生变化,引起某些疾病。

有的学者认为,人的各种器官也是有磁场的,即使地磁场发生微弱变化,也会引起头脑、血液等周围的磁场发生变化,导致机体功能受影响,功能失常,疾病出现。也有人认为,人是处在不同生态环境之中的,因此人的每个器官都带有当地地磁生态的烙印。当地磁变化后,人就会出现生理反常,产生反应,引起疾病。当然,还有人提出生物膜理论以及其他不同的解释。但都不能使人满意。地磁场到底是如何影响人体的,特别是对大脑活动的影响,生理活动的影响,尚没有科学的解释。揭开地磁场对人,以及对其他生物的影响,会获得许多新知识,这将有待新世纪的人们去探索。

人类是如何测光速的