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熨斗为什么能熨平衣服

2023/4/9 11:45:03 来源:中科院物理所 作者:Frions 责编:梦泽

衣服穿旧了皱巴巴?
别担心,用熨斗熨一熨就平整了
可你知道为什么
熨斗能把衣服熨平吗?

Q1、保温杯如何做到保温?用什么办法能够加强保温效果?

by ~

答:

一般是靠真空夹层。

热量的传递有三种方式,分别是热传导、热辐射和热对流。一杯水放在桌子上逐渐冷却的过程中这三种热传递都会发生。高温的热水会时刻以电磁波的方式向外辐射热量,这就是热辐射;水表面附近的热空气与更远处的冷空气对流,热量被热空气带走;热水的热量还可以直接传递导杯子上,杯子再传递到桌子上,这就是热传导。一般情况下,热辐射传热效率较慢,热传导效率高,热量散失主要来自于热传导,不过热传导也依赖材料的导热性能,金属的导热性能就很好,如果是搪瓷杯子装热水,很快你就会发现杯子也变得烫手,这就是金属热传导的体现。

保温杯的真空夹层就是为了隔绝热传导,热量传导也是需要介质的,抽成真空就热量就无从传导了。保温杯中的热传导介质就只有杯子本身了,不过虽然保温杯的内壁是不锈钢的,但外壁一般是导热系数低的材料,被传导走的热量就少很多了。盖上杯盖以后,热辐射和热对流也很弱,自然就能保温了。

至于加强保温效果,我个人对保温杯的保温效果其实已经很满意了,但既然读者大大问了,那咱就给您支一招。

按我们读者的平均年龄来看,大家应该都见识过另一种保温性能更好的神器吧,没错,就是暖壶,就那个老电视剧里经常出现的一尺来高的绿皮小胖子!当然我没有说你们老的意思啊。

要说这暖壶虽然容易碎,但保温效果是真的好啊,好壶沸水在里面放三天还烫嘴。不过它保温的原理也是靠真空夹层。但它还有两个小秘诀,一是它的内壁是玻璃的,玻璃导热性比金属差远了,所以传导得更慢;二是它利用银镜反应在内壁镀了一层银,银对热辐射的反射效率更高,进一步减少了热量损失,所以保温性能更好。

不过上面这两步好像都不太容易实现,其实也可以考虑抽高真空,不过你们好像没有分子泵,所以,不行就直接买把暖壶吧。

by 霜白

Q2、熨斗为什么能熨平衣服?

by 一个好奇的高中生

答:

在回答这个问题之前,我们先说一下衣服为什么会起褶皱。

制造衣物的面料有很多种,但里面都会含有高分子纤维,这些高分子链段之间会通过氢键来维持整体结构的稳定。如果受到了外界的应力,亦或是遇水遇热,原有的氢键会发生断裂,新的氢键会产生,从而使整体的结构发生改变,氢键比较密集的地方就会存在较强的相互作用,从而使衣物产生褶皱。

所以想要让衣物变平整,就要让这些氢键存在于能让衣物平整的地方,而通过熨的方式,就能达到此效果。熨斗通过加热的方式使水槽里的水汽化为水蒸气,并通过底部的空洞喷出。当高温蒸汽作用于衣物时,不仅可以使纤维中的氢键数量变少,还能使纤维本身更加松弛。经过熨烫后,纤维内部的链段会在新的平衡位置形成新的氢键,并随着温度的降低不断稳固,于是衣物就能恢复之前平整的状态了。

照这样的说法,我们不难看出,其实想让衣物变回平整的状态,最重要的两个条件就是水(软化纤维)和温度(改变结构),或许不需要熨斗,用其他能产生高温的用电器(比如电吹风)配合水说不定也能起到一样的效果哦。

by Eric

Q3、请问,如果能把氯化钠和硝酸钾两种固体溶于纯水之中,然后在一定的温度下(不会破坏离子)蒸干,能否得到氯化钾固体与硝酸钠固体?谢谢解答。

by zcx

答:

能,但不只得到这两种固体。具体情况可能会相当复杂。

这两种物质都是由离子组成的。它们溶于水后,会以离子形式存在。水溶液中存在四种离子,它们的量由氯化钠与硝酸钾两种固体的量决定。在蒸干溶液时,这四种离子可以组合成四种物质(或者说离子组合),它们都可能析出,具体的析出顺序和析出量要看溶液中离子浓度和结晶温度。率先达到溶解度的物质会最先析出。想要具体分析这么复杂的例子,需要参考相图。

底图来源文献 [1]

举个例子,上面的相图是 100℃下四种离子的水溶液系统相图,横纵轴都是离子浓度,实线是相边界。100℃时,配比在 D 点的溶液会析出,配比在点的溶液则会析出

需要注意,一旦开始析出,那么溶液组分也就发生了变化,移动到了相图上一个新的点。并按照这个点的组分析出。组分不断变化,在析出过程中会在相图上走过一条线。

所以,如果是摩尔比 1:1 的氯化钾和硝酸钠固体溶解在水中(相图 O 点),100℃结晶时首先会析出氯化钠晶体(沿 OA 虚线移动到相边界),然后析出氯化钾和氯化钠(沿相边界移动到点),接下来析出氯化钠、氯化钾和硝酸钾(停在点)到蒸干。这种情况是不会析出硝酸钠晶体的。如果初始配比不是 1:1 而是其他比例,那么析出顺序、析出量乃至析出晶体种类就都会发生变化,需要具体分析。

参考资料:

[1] 如果我把 KCl 和 NaNO₃ 都溶在一块的话,把溶液给蒸发结晶,出来的是 KNO₃,还是 KCl?

by 藏痴

Q4、地铁站里用于检测液体的机器是怎么工作的?

by 无明

答:

简而言之,机器是利用不同液体在物理性质上的差异,来实现不接触液体就能进行安检的目的。

目前,在我国地铁液体安全检查应用最为广泛的是准静态电子计算机断层扫描技术,即基于介电常数测量的技术。安全液体和危险液体的介电常数相差较大,不同极性分子的介电常数不同,而不同介电常数的液体会对周边的电磁场产生不同的影响,例如改变电场的强度、平板间的电容等。利用这一点,我们可以检测施加电场后被测液体反馈的信号(例如电场强度,电容或复阻抗)分析液体分子的极性。例如,油类分子的极性较水分子更弱,所以它具有更低的相对介电常数。易燃易爆危险液体大多有机化合物(如汽油、煤油等),饮料等安全液体含水量高,所以危险液体的极性一般比安全液体的弱,由此就可以来判断该液体是否易燃易爆。

by 深浅

Q5、《三体》中为什么核弹外层炸药爆炸核弹却没有发生核爆?

by 杜雨欣

答:

让我们先看看原著中的片段:

“有一个办法:向那个球射击。”爆炸物专家在大史耳边低声说。

“不会引爆?”

“只会引爆外围的常规炸药,但会将炸药打散,无法对中心核炸药产生精确向心压缩,肯定不会发生核爆炸。”

《三体》第一部 25 章

到这里其实大刘的思路很明显了,因为核弹(书中设定是原子弹)的起爆是要先点燃周围的常规炸药,产生向内压缩的冲击波,从而让内部的裂变原料达到反应所需要的临界状态。按这种描述,核弹女孩手里的核弹的起爆方式应该是内爆式,或称为收聚式。

两种内爆式起爆的对比

这种核引弹目前可公开的资料中,核弹还有一种枪式引爆的方式。它将核原料分成两份或多份,比如下面的示意图就是分成了两个半球,每个部分的质量不超过核反应的临界质量。当一侧的常规炸药引爆后,各部分核原料被冲击挤压到一起,形成一个超临界质量的整体,从而引发核裂变反应。

枪式起爆

总结起来,内爆式是点燃外侧一圈炸药将核原料向内挤,枪式是点燃一侧炸药将核原料朝一个方向挤。现在你应该能从外形很轻松地区分“胖子”和“小男孩”分别是哪种起爆方式了。

愿世界和平。

by 牧羊

Q6、漩涡是怎么产生的?

by 孜

答:

漩涡是流体绕圆柱中心轴线进行圆周运动的现象。在自然界中,我们时常可以见到漩涡的身影,例如破坏力巨大的热带气旋以及水中桥墩后的漩涡。自然界中不同的漩涡的具体产生机理有所不同,但基本上都是地转偏向力的作用下形成的。地转偏向力是一种惯性力,是由于地球自转而使地球表面运动物体受到与其运动方向相垂直的力。我们知道,在地球上纬度低的地方,其距离自转轴距离较远,因而其绕自转轴自西向东运动的线速度较大。当物体在北半球自南向北运动时,其自东向西的线速度高于当前纬度较低的地表的自东向西的速度,因此物体的运动轨迹相对地表会向东运动,也就是向右侧偏折。在北半球自北向南运动时,物体的运动轨迹会相对地表会向西运动,综合来看,当流体因对流等因素运动时,在北半球下易进行顺时针运动形成涡旋,而南半球运动的流体则会形成逆时针的涡旋。

而除了这些自然界自发产生的流体涡旋外,还有许多其他各式各样的涡旋,例如超导体中常见的超导磁通涡旋。我们知道,超导体是有着绝对抗磁性的,即其内部磁场强度保持为 0。当我们在一块超导体上施加磁场时,随着磁场逐渐接近超导体的临界磁场,超导体上将会出现磁通涡旋,在涡旋的内部为不超导的正常态,有磁场穿过,如图所示。图中的每一个亮点都代表着一个磁通涡旋,而这种漩涡呢,体现了超导体内的序参量的空间调制。相应的涡旋动力学研究,也是凝聚态物理学的一个方向捏。

by chen

Q7、光在水中的速度是如何测量的?

by 岁月安好

答:

测量水中光速可以分为直接测量和间接测量。

间接测量水中光速可以很简单,只要通过(这是折射率的定义式)和折射定律(可以通过费马原理直接导出),就可以通过测量空气-水界面的全反射角很简单地得到水中的光速

在不使用现代光电系统的前提下,直接测量稍微麻烦一些。历史上 1849 年菲索使用旋转齿轮法测出了空气中的光速,同样的方法几乎不需改进就可以测量水中光速。

左:光路主视图;右:光路侧视图

菲索实验在光路上放置了一个齿轮和一面反射镜,二者间距为 L。齿轮轴向与光的传播方向相同。光通过齿轮上齿的间隙射到反射镜上并再次经过齿轮。齿轮不转时,反射光可以从同一个齿隙通过齿轮。转动齿轮,光会被齿挡住。改变转速,在某一个合适的转速下,反射光可以在下一个齿隙通过齿轮。再加快转速,合适转速反射光可以通过再下一个齿隙。记录转速差,那么就有,其中 N 为齿轮齿数。如果在齿轮和反射镜之间插入一段长度为的水(假设容器壁透明而且非常薄),那么上面公式就简单改成。已知 c 的话,水中光速 v 并不难解。

参考资料:

[1] 光速是如何被计算出来的?

by 藏痴

Q8、一根一米的尺子,在地球海拔高度为零的地方横着和竖着的时候是否一样长,如不一样,请问为什么?

by 匿名

答:

太长不看版:不一样长,竖放的尺子会比横放的短一些,但短的非常非常非常少。

可以这样理解,真实的尺子本身是有重量的,因此下面部分的尺子会受到上面部分尺子压力而被压缩,从而变短。但由于尺子本身硬度很大,这个被压缩的量非常非常小,以致于通常可以忽略不计。

不过本着严谨的科学精神,我们可以简单地估算一下尺子到底短了多少(前方物理预警):

设尺子的总长度,横截面积为 S,尺子材料的密度为,垂直于地面放置。在未被压缩的尺子上建立如下图所示的坐标系

没找到那么长的尺子,意思一下,麻烦认为它有 1m 长

取尺子的一小段微元来分析,对于位于坐标处的微元,其受到的压力就是上方总长度的尺子的重力

杨氏模量是一个描述物体纵向的弹性的量,定义是应力比上应变,只与材料本身性质有关

设这一小段微元被压缩后改变的长度为,它的应变就是, 即有

最后对整个尺子来求和,得到尺子总的变化长度

用这个公式来估计,北京大概在北纬 39°,不妨取纬度 40°,海拔高度为零的重力加速度

如果这是一把钢尺,钢的密度,钢的杨氏模量,那么代入可以得到钢尺缩短了,仅仅缩短了五百万分之一,尺子的长度缩水后还剩下 0.9999998m(没数错,是 6 个 9)。

如果是塑料尺,市面上的塑料尺一般用比较硬的 PS 塑料,这种塑料的密度约为,杨氏模量约是,可以得到塑料尺缩短了,比钢尺稍多一点点。

总之,虽然很少,竖起来的尺子确实是比横放的时候短了一丢丢!

by childe

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:科普问答

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