书城科普读物探究式科普丛书-温暖千家的热
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第9章 春江水暖鸭先知——日常生活中的热(7)

这次暴风雨给英法联军造成了极大的损失,这件事对当时法国的执政者拿破仑三世震动很大。他命令当时着名的天文学家、海王星的发现者、巴黎天文台台长勒维烈全力调查这次风暴的移动规律。

勒维烈立即把各地的观测资料收集起来,并详细询问了11月12日到12月16日各地的天气情况,然后把这些结果标志在一张空白地图上。经过许多天的认真细致地研究,勒维烈惊讶地发现了这样一个问题,那次袭击英法联军的黑海风暴是从欧洲西北部移过来的,而且是以一定速度向东南方向运动的。经过推理,勒维烈认为,若能事先就有一张“天气图”,那么那次风暴是完全可以躲过去的。

此后“天气图”就应运而生了。

我们生存的地球是由一层很厚的“空气海洋”——大气层包围着的,“空气海洋”的底部约几十千米是空气对流层,对流是地球上气候变化的主要原因。空气温度的变化引起空气对流,形成空气旋涡,这种空气旋涡的移动,就形成了风暴。风暴通常都由形成地点(通常为海洋表面)以一定速度向一定方向运动的,风暴移动方向与移动速度与各个地方的温度变化有关。因此如果这时把各个地方的气候条件汇总,加以分析研究,就能预测风暴的运动情况,播发出去就成为天气预报。我国就是由中央气象台汇集各个地方气象台的观测结果,然后经分析研究后再向全国发布,这就成为中央气象台的“天气预报”。

现在人们已开始利用人造卫星(气象卫星)来观测各地的气候情况,运用计算机处理后,气象台就可以直接掌握各地气候的变化情况,及时准确地进行天气预报了。现在天气预报已不仅是用于军事目的,它更重要的是用于工农业生产及日常生活中。

13.火焰为什么总是向上的

俗话说得好,“人往高处走,水往低处流。”与这方面类似的还有火焰总是向上的。这个现象大家都知道,但是火焰总是向上的原因你知道吗?

我们注意到生活中的很多房屋的气窗都是开在比较高的地方,诸如教堂、食堂等,这样散热比较快。而在冬天的早上,妈妈在生煤炉的时候,总是会在炉口上罩上一个拔火用的火筒,这样火苗就很容易上升,一会儿屋子就暖和了起来。从这些现象我们可以得出温度较高的热空气要比冷空气轻,这样热空气就会不断上升。

如果你不相信的话,我们可以做这样一个实验。取天平、饼干箱、酒精灯、火柴等,把同样体积、不同温度的空气通过电子天平称一下重量,你就会发现热空气确实要比冷空气要轻一些。实验完毕,大家也就明白火焰总是上升的原因了。

14.哪一支蜡烛先熄灭

如果在一个玻璃罩中放入两支高低不同但都燃烧着的蜡烛,你认为哪一支先熄灭?

如果不知道的话,我们不妨来做下面这个实验:取两支长短不一的蜡烛、玻璃罩、可乐瓶、醋、洗衣碱。首先我们将两支长短不一的蜡烛点燃后用玻璃罩倒扣。这时我们观察一下,就会发现长的那一支蜡烛先熄灭了,你知道这是为什么吗?其实道理很简单,蜡烛在燃烧的时候使得助燃物——空气消失,燃烧产生的二氧化碳温度较高、密度较小,会上升到瓶的上部,这时长的蜡烛就会很自然地熄灭。

我们不妨这样想一下,如果使燃烧产生的二氧化碳冷却沉入玻璃罩下面,那么先熄灭的就是短蜡烛了。那么怎么做才能保证短的蜡烛先熄灭呢?

取一个小可乐瓶,向瓶内倒入半瓶醋,然后在里面放上一些洗衣碱,再通过吸管把它与大可乐瓶相连,大可乐瓶内是燃烧着的两支长短不一的蜡烛。

接下来我们就要注意观察:由于洗衣碱和醋的作用,有二氧化碳从液体中冒出并被导入大可乐瓶,而二氧化碳是冷却的,密度要比空气大,会下沉到瓶底,自然短的蜡烛先熄灭了。

15.香脆的爆米花

吃过爆米花的你见过爆米花的制作过程吗?——“砰!”随着一声巨响,爆米花的香气便飘散开来。爆米花个大粒圆,酥脆芳香,是很受小朋友欢迎的一种膨体食品。大米经过爆米机的加工,体积陡然胀大好多倍,难怪人们会把爆米机称作“粮食扩大器”。

那么,你知道这个机器是怎样把米粒扩大的吗?

我们知道,密封在容器中的气体,都有一个特别的怪脾气:当温度增高,压强也就增大。

同理,我们也可以知道给爆米机加热的时候,密封在罐里的空气的压强逐渐增大;同时,装在里面的大米被逐渐加热,储存在米里的水分也逐渐蒸发出来,聚积在铁罐内。由于机器连续不停地运作,使得罐内的温度不断升高,罐内的气压越来越大。这种高压阻止米中水分继续蒸发,使残存在米中的水分也逐渐升温升压,一个个米粒像憋足了气的小气球,只因为受到罐内气压的约束,它们才不能爆开。当罐内气压升高到2~3个大气压的时候(这从气压表上可以看出),便停止加热。这时,爆爆米花的师傅拿一条长布袋套在爆米机的口上,然后打开盖子。

随着爆一声巨响,大米喷到布袋里了。高温高压的米粒突然进入气压较低的环境中,憋在米粒中的高温高压水分,失去了约束力,便急骤膨胀,使米粒迅速胀大,变成了爆米花。

爆米花使我们看到了“高温高压”的巨大力量。节日的焰火、鞭炮,工地上的爆破,工厂里的蒸汽锤,大力士蒸汽火车头……它们有声有色的表演,都是“高温高压”导演出来的。

随着科学技术的发展,它已成为生产上的强大动力。

16.松软的馒头

我们知道,制作馒头的关键是面粉的发酵。酵母菌可以使面团的淀粉发生化学变化,生成糖、醇和酸等,并且放出二氧化碳气体。

但是,如果加热方法不当,比如直接放在锅上烙,馒头由于受热不均,只能变成皮硬内软的“烤饼”。要想得到松软的馒头,必须得请高温蒸汽来帮忙。当人们把揉好的生馒头放进蒸笼以后,高温蒸汽很快把馒头包围起来,从四周给馒头均匀地加热。馒头里面的二氧化碳气受热膨胀,可是又不容易冒出来,只能在里面钻来钻去,于是便胀出许许多多小空泡,使馒头又松又软。如果在面里放些糖,发酵充分,蒸汽温度高,供汽又猛,就可以蒸出表面开裂的“开花”馒头。这样的馒头富有弹性,吃起来香甜可口。

在蒸馒头的过程中,我们是用高温水蒸气作为介质来给馒头加热的。在日常生活中,利用介质加热的例子很多,例如做饭炒菜要加水,炒板栗、花生和豆子要用细砂。水和细砂也是常用的传热介质。

但是,气体受热膨胀也往往会给人们带来麻烦。比如在炎热的夏天,汽车轮胎和自行车轮胎有时会“放炮”,就是因为胎内的气体受热膨胀,压强增大,大到一定程度,车胎就被胀破了。所以,热天给车胎打气不要太多,要留有余地,给它一个足够的膨胀空间。

17.大磁铁为什么吸不起热钢锭

磁石能够吸引铁,这个现象在古代就已被发现,随着时代的发展,这种现象在现代工农业生产中更是锦上添花。假如你去工厂参观,你将看到电磁起重机把数吨重的生铁原料送进炼钢炉中,一会儿工夫,炉火直蹿,炉口铁水翻滚。过不了多长时间,一炉优质钢就在火焰的冶炼中诞生了。紧接着工人们就把钢水倒进钢包,浇钢工人又把钢水注进钢锭模子。等钢水凝固好后,拆去钢模,就成了成品钢材——钢锭。这时候用指定的车把这些热的钢锭拉走,以便迎接下一批钢锭的到来。

电磁起重机能很方便地把生铁吸起,那电磁起重机能不能把刚浇成的钢锭也吸起转移呢?如果真能做到的话,这将是既省事又快捷的搬运方法。很遗憾,科学家几经试验都没有获得成功,这是什么原因呢?

原来这都是居里温度在作怪。通常铁制材料中由于含有铁,而铁是铁磁性物质,在磁场中很容易被磁化,因此可以被磁铁吸引。电磁起重机也正是根据这一点来吊起生铁原料的。可是你知道吗?铁的铁磁性有一个非常重要的条件,这个条件就是温度。当温度低于这一临界温度时,铁表现出磁铁性能被磁铁吸引。但当其温度高于这一临界温度时,铁的铁磁性就会消失,转化成磁性很弱的顺磁性,因而磁铁就无法吸起这种高温铁了。这一临界温度就是居里温度,很多物质,例如铁、钴、镍、钆等都有铁磁转变温度,铁的居里温度为769℃。通常刚浇出的钢锭温度要比这个温度高(铁水温度约1600℃),所以电磁起重机无法吊起热钢锭。

18.扇扇子的作用

夏天,我们扇扇子的时候,自己会感到很凉快,而且如果周围有人的话,周围的人也会感到凉快。有人说用扇子扇动是扇凉了屋子里的空气。

现在让我们来看看实际情况是不是这样。为什么我们用扇子扇的时候会感到凉快呢?原来,直接贴在我们脸上的那一层空气变热以后,就成了一层看不见的罩在我们脸上的热空气面罩,它使脸部“发热”,因为它延缓了我们脸上的热进一步消散。如果围绕着我们的空气不流动,那么贴在我们脸上的这层热空气只能十分缓慢地、被比较重的没有变热的空气挤向上面去。当我们用扇子扇走热空气层的时候,我们的脸部就总是跟没有变热的新空气接触着,不断地把自己的热传给它们。我们身体上的热总是在消散,所以我们觉得凉快。

从上面的解释我们可以知道,扇着扇子的时候,它不断地从自己的脸部赶走热空气,用没有变热的空气来代替。等到不热的空气又变热了的时候,另外不热的空气又来代替了……

19.内燃机的发明

我们对内燃机并不陌生。据记载,世界上第一台实际上使用过的内燃机,是1859年法国工程师勒努瓦制造的,这是一台煤气机,效率很低。

1876年德国工程师奥托制成了按四冲程原理工作的煤气机,称为奥托循环机,这是内燃机划时代的进步。1892年,德国工程师狄塞尔提出了压缩点火式内燃机的设计原理,经过多次试验和改进,于1897年制成第一台压燃式内燃机,使用液体燃料,热效率比以前的内燃机都高。

内燃机的发明,使热机的效率由蒸汽机的10%左右,提高到内燃机的40%左右。而且由于内燃机轻巧,适于用在交通工具上,对促进交通运输业的发展也发挥了关键的作用。

20.吃鸡蛋有奥秘

走在一些小巷,我们时常会见到很多卖五香茶叶蛋的小贩。

细心的人会发现,鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候,如果你急于剥壳吃蛋,就难免连壳带“肉”一起剥下来。要解决这个问题,有一个诀窍,就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会儿,然后再剥,蛋壳就容易剥下来了。

你知道这是什么原因吗?一般的物质(少数几种例外),都具有热胀冷缩的特性。可是,不同的物质受热或冷却的时候,伸缩的速度和幅度各不相同。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里,蛋壳温度降低,很快收缩,而蛋白仍然是原来的温度,还没有收缩,这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩,而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了,这样就使蛋白与蛋壳脱离开来,因此,剥起来就不会连壳带“肉”一起下来了。