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腿长的人在高压电塔附近会不会更危险?

2022/10/21 14:38:30 来源:中科院物理所 作者:Frions 责编:子非

大家都见过高压电塔吧
虽说它设计时
就在安全上考虑得很周全
但这件事千万不要在附近做哦

Q1 为什么水蒸气的液化和凝华需要凝结核?

by 匿名

答:

这个问题看来是认真读了之前第 328 期问答中有关“飞机拉线”问题的回答😎(日光灯会把人晒黑吗?什么光会晒黑人?| No.328)。首先说明,在第 328 期中,提到的凝结核是指大气中存在的气溶胶质粒,其可以使得高层大气中的水蒸气分子以其为中心进行液化、凝华,而并非指水蒸气的液化和凝华必须要有凝结核(特指此类气溶胶)的存在。(通过改变温度和压强是最直接的引起相变的方法,此外,均相成核原理也可以使物质自发成核并发生相变)

那么,为什么在凝结核的作用下,水蒸气可以液化和凝华呢?这是因为在高层大气中,由于低温低压环境的存在,通常在富有水汽的区域,其中环境水汽含量都超过了其饱状态下的水汽含量,从而形成过饱和蒸汽。过饱和蒸汽极易在凝结核的存在下液化或凝华(即经历相变),这一点可以类比下面过饱和溶液结晶的现象。

例如,制备过饱和乙酸钠溶液,并使用玻璃棒蘸取无水乙酸钠伸入过饱和溶液中,可以看到,过饱和溶液立即以玻璃棒为中心形成结晶核经历相变,从而变成乙酸钠晶体。这是因为在过饱和溶液中,其溶质的溶解量远远大于相同外部条件下,饱和溶液中物质的溶解度。此时,过饱和溶液处于不稳定平衡,经过外部引入结晶核的扰动,其稳定状态被迅速破坏,从而开始相变。

过饱和乙酸钠溶液在结晶核存在时经历相变 | 图源 [1]

现在回到上面所述凝结核对于水蒸气的作用。大气中存在的气溶胶(通常直径在几微米到几十微米之间 [2])在这一团过饱和蒸汽看来就相当于引起扰动的杂质,其存在首先使得其周围的过饱和蒸汽开始相变,形成了局域的密度涨落。此后,这些第一批相变的水分子又影响其周围的过饱和蒸汽,从而使得相变过程不断扩散,从而形成了以凝结核为中心的液化和凝华现象。

参考资料:

  • [1] 过饱和溶液,轻轻接触就可以结晶 - 西瓜视频

  • [2] condensation nucleus | meteorology | Britannica

  • by Callo

Q2 玻璃材质可以被做成导线吗?

by 匿名

答:

一般来说,玻璃是非晶无机非金属材料。对于常规电压和常规频率的电输运,这类材料基本就是各种离子化合物形成的混合物,里面既没有巡游电子,也没有可以迁移的带电粒子。可以想象这类材料的导电性能是非常差的,基本可以说是“几乎不导电”,这玩意儿实在不适合做导体。

但是!话也不能说得那么绝对。从导电性的角度上说,如果在玻璃的表面镀膜,那玻璃还是有可能导电的,例如 ITO 玻璃。从“制作”导线的角度上说,玻璃虽然做不了导体,但是可以做包着导线的那层绝缘体啊。(当然这也是“可以但没必要”,因为我们有橡胶... 这种能弯能折能拉的高强度耐热绝缘材料.....)

除此之外,我们甚至还可以稍微引申一点导线的定义,如果认为导线就是传热、传电流或者电磁波。那么如果我们的这个导线,里面走的是频率更高的电磁场而不是家用电 ()... 比如可见光 (约)... 那玻璃纤维就真的有了用武之地了。

by Luna

Q3 为什么有些人的汗液是臭的,有些人的却是无味甚至香味?

by 我不道啊

答:

想要回答这个问题,我们需要先了解一下汗液的组成成分。汗液中 98~99% 为水,剩下部分的主要成分为氯化钠,还有少量尿素、乳酸、氨、脂质和其他盐类(镁盐、铁盐等)。其中绝大部分物质本身是没有味道的(补充一点,汗液中的氨本身虽然有味道,但在由于其浓度在大部分人汗液中含量很低,因而不是产生汗味的决定因素)。

之所以有“汗味”,是由于皮肤表面的细菌将汗液中的脂质分解成“有味道”的小分子有机物等。当这些物质浓度适当时,构成人的体味,且由于每个人皮肤的细菌种类都不同,每个人的体味也不同。但当这些物质浓度较高时,就产成了令人不愉快的臭味。因而,当某人排出汗液中脂质含量较高、或在大量出汗后未清理的情况下,皮肤表面的细菌大量代谢汗液中的脂质、蛋白质等,闻起来就“臭臭的”。

总结下来,人产生的汗液是否有味道、有什么样的味道,主要取决于三点:自身排汗量、皮肤表面细菌的种类、以及自身的代谢能力。

参考资料:

  • [1] 汗液 - 维基百科

by 冬眠爱好者

Q4 在标准大气压下,非晶体有固定的沸点吗?

by 寧静

答:

非晶体没有固定的熔沸点,初高中的教科书上甚至以此作为晶体和非晶体的判别依据,但是我们应该如何从微观角度上理解这一现象呢?从微观组成上来说,晶体当中的原子形成了整齐的排布(结晶),每一个原子的周围环境都是一样的。与之相对应的非晶体里的原子排布则相对混乱,每一个原子的周围环境都可能不同。如果升温晶体,在达到一个特定温度时,晶体中的原子会一致地挣脱周围环境的束缚(变成液体)。而从微观的角度看,非晶体中的微观粒子会有一部分挣脱束缚而另一部分没有。随着温度的升高,非晶体就会一点点失去固体的性质而表现出液体的性质。最终变成液体。

一个典型的例子是熔融状态下的玻璃。玻璃在吹制的过程中,能拉能弯能扭,这显然不是固体该有的性质,但是它又不像流体那样滩成一坨没法成型。这就是一种熔融状态的非晶体的性质。

参考资料:

  • 民间匠人烈火中吹出精致手工玻璃

by Luna

Q5 脚长的人是不是更容易被跨步电压电死??

by 可控核聚变

答:

先说结论:真正打败你的不是天真,是“无鞋”。

首先,什么是跨步电压呢?我们知道,不论是闪电还是高压电塔,在对地产生电击时,能量会慢慢在地面消散 (并非瞬间消失于大地,闪电大约维持 1 秒至数秒之间,高压电视接地情况而言,最坏情况是持续放电),而不幸在周围电位分布区行走的人,其两脚与大地形成通路,之间的电压会形成跨步电压 (Step Voltage) 。距电流入地点越近,跨步电势就越高。另外泥土本身也有电阻阻值,令不同距离下产生不同的电位差,当步履愈大,两脚之间的电压差便愈大。

另外按中国安全协会发布的标准,8-10 毫安的交流、50 毫安左右的直流电流或者 40 伏特左右的电压是一般人体承受的最大范围,超过这个数值就会被电击伤

所以除非你的脚特别异于常人或者你是闪电侠的后裔,这个关系还是不大的,不如穿一双绝缘鞋。

我们不妨重点关注一下,万一遇上类似情况时,该怎么办呢?好的做法应该是最小步履慢慢移动直到离开带电区域(多远距离才是安全区域这也不好说,因为各地土壤不一样,而且就算是同一片土地水份含量也可能不一样,只能说愈远愈安全)。当无法以最小步履慢慢移动时,可以考虑单脚跳或双脚跳,只是一不小心失衡倒下时,可能就会产生意外。对了,像如下这种作业车工作时大家同样要注意避开,可能也会有隐含风险。

总结一下就是,跨步电压虽危险,平时留心不可闲。大小诱因主要有:接地电流大小、鞋的材质、地面特征、两脚之间的距离等。

最后,希望大家永远不会用到这次的分享。

参考资料:

  • [1] 袁小雷.浅谈跨步电压触电 [J].建筑安全,2004 (11):23.

  • [2] 跨步电压-电气生涯

  • [3] 人体触电伤害因素-中国安全生产协会

  • by 十七

Q6 为什么大气层会有一个臭氧层?它不会分散在大气中吗?

by 小号 Yoda

答:

首先我们来介绍臭氧是什么:臭氧()是天然大气的重要微量组分,大气中的氧分子在太阳辐射的作用下分解成氧原子后,氧原子又与周边氧分子结合,可以形成,因此,含有 3 个氧原子,在常温下,它是一种有特殊臭味的蓝色气体。

图 1 臭氧介绍 | 图片源于 [1]

臭氧层是什么:臭氧停留的位置是与地面相距 15km 的高空中,但最高不超过 50km,形成的空气层被人们称为臭氧层。

臭氧层具体形成原因可简述为:由于水的不断光解和植物的光合作用,氧的浓度逐渐增高。在紫外光的作用下,一部分氧气可以转变为臭氧。又由于臭氧的体积大于氧气,慢慢下降到臭氧层底层,但是经过多种环境变化以及光化学反应综合作用,臭氧变得不稳定,从而又变回氧气。由以上反应过程可知,大气中维持着氧气与臭氧的动态平衡,从而形成臭氧层。臭氧只占整个大气层的极小一部分,但它却对保护人类安全有着重要的作用。

图 2 臭氧层形成图 | 图片源于 [2]

臭氧在大气中分布:臭氧在大气中通常分布在两层,即对流层和平流层中。对流层的厚度,从近地面向高空 10 千米-15 千米的范围内,对流层中的臭氧对人类和生态环境是有害的。对流层向上至大约 50 千米左右的范围,就是通常所称的平流层;15 千米-50 千米平流层保存了大气中 90% 的臭氧,主要作用吸收短波紫外线,形成了一个较为稳定的富含臭氧的大气层。

图 3 臭氧所在层 | 图片源于 [1]

图 4 臭氧所在层 | 图片源于 [5]

参考资料:

[1] 环保科普丨什么是臭氧,它在大气中是怎么分布的?

[2] 臭氧层:地球生命的“保护伞”-中国科普网

[3] 令人又爱又恨的臭氧-中国科学院

[4] 《臭氧层破坏》专题设计案例 —— 高中研究性学习课程体系: 环境主题--《中学地理教学参考》2005 年 Z1 期

[5] 臭氧层为何能够保护地球_高清 1080P 在线观看平台_腾讯视频

by 扫地僧

Q7 为什么喷壶可以把水喷成雾状?

by 一个好奇的人

答:

想象一下,我们握紧喷壶的手柄,挤压喷头的弹簧,把空气压缩推入小腔体内,进而产生急速的气流。此时喷嘴的空气流速大,压强小,喷嘴处与喷壶体内形成气压差,根据伯努利定律,下面的水就会被大气压压上来。在压力一定的情况下,面积越小,压强越大,而喷壶的喷嘴都是由很多面积很小的孔组成,在我们使用较小的力时容易获得较大的压强。所以上来的水在高压强作用下又被急速的气流冲散撕裂成非常小的小水珠不断地飞出去,以我们肉眼的分辨率看来就是雾状。

参考资料:

[1] 喷壶原理

by 深浅

Q8 为什么鸡蛋加热能变成固体?还是说熟鸡蛋不算固体?

by 匿名

答:

鸡蛋加热变成固体的过程是蛋白质受热变性的过程。

图 1 胶体状态的生鸡蛋(左)和固态溶液状态的熟鸡蛋(右)

首先熟鸡蛋算固体,但是其中含有蛋白质、水等多种物质,是混合物。物态上常说的固态往往指某一种纯净物处于具有稳定形状的状态,其形状不会适应容器形状而改变,即不表现出流动性。而对于混合物,往往其中某一种组分会作为溶剂存在,而其他的物质看做是“溶于”溶剂中。比如生鸡蛋是蛋白质为主的固态物质溶于水中,因此整体呈现液态,属于胶体。而熟鸡蛋是液态的水穿插在蛋白质形成的固态网络中,因此更严格说是固态溶液。

图 2 氨基酸脱水缩合形成肽链 | 图片源于 [1]

那么加热时,蛋白质如何变性?首先要了解一下蛋白质的构成。各种氨基酸通过脱水缩合形成肽键聚合成长链,称为肽链。肽链会进行折叠以及成键而具有三维结构。折叠后的多条肽链之间会进一步组合、成键,构成蛋白质。因此正常情况下近球状的蛋白质会以颗粒形式溶解在水中形成胶体。

图 3 加热前后蛋白质状态模拟 | 图片源于 [1]

但是烹饪时加热可能会破坏掉除了肽键之外的几乎所有的成键,因此本具有三维结构的颗粒状蛋白质会解体成长链形式,而多个蛋白质的长链之间可能会成键,这样整体会连成复杂的网络。这时水便只能分散开跑到这些网络的间隙中,无法使整体呈现流动性。

参考资料:

  • [1] Why Does an Egg Becomes Solid Upon Heating?

  • [2] 溶液 - 维基百科

by 云开叶落

Q9BCS 理论的具体解释是什么?

by 匿名

答:

超导体的重要性质之一是零电阻。电阻的来源在经典解释下可以看作电子与原子晶格发生碰撞(或者说散射),导致其将部分能量转移给晶格,宏观表现为导体通电流发热。

假设真空中的电子是相互排斥的。然而在导体中,晶格和电子的相互作用可以诱导出电子之间的吸引,这种吸引可以克服电子间的排斥,让电子在极低温下两两配对,我们称之为库珀对 (BCS 中的 C:Cooper)。电子是费米子,但配对后变成玻色子,不再受到泡利不相容原理的限制,也就意味着,多个库珀对可以处于同一量子态,也就是发生了凝聚。

在极低温下,库珀对形成了玻色爱因斯坦凝聚体,并且保护着电子,让其不与晶格发生损失能量的散射。或者说,库珀对的产生使得系统的能量更低了,要回到正常态反而需要更多的能量(也就是产生了能隙)。只要温度没有达到让晶格振动具有足以破坏库珀对的能量,系统就无法从超导态回到正常态,库珀对就能一直通过相互吸引保持两个电子的总动量不变,电子也就不会因为和晶格散射损失能量。当然,超导电流是存在上限的,当电流过大,以至于电子定向移动的动能足以破坏库珀对时,超导态也会被破坏。

这是 BCS 理论对零电阻性的微观图像解释。这一理论以三位提出者翰・巴丁、利昂・库珀和约翰・施里弗的名字首字母 BCS 命名,他们因此荣获 1972 年的诺贝尔物理学奖。

by 黄水机

本文来自微信公众号:中科院物理所 (ID:cas-iop),作者:Frions

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关键词:科普

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