• 关于电学宇宙的科普故事大全

  • 发布时间:2018-03-26 23:10 浏览:加载中

  •   电磁学是研究电、极和电磁的相互作用现象,及其规律和应用的物理学分支学科。根据近代物理学的观点,磁的现象是由运动电荷所产生的,因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。

      电流的形成:电荷的定向移动形成电流(任何电荷的定向移动都会形成电流)。电流的方向:从电源正极流向负极。

      电压(U):电压是使电路中形成电流的原因,电源是提供电压的装置。国际单位:伏特(V);常用:千伏(KV),毫伏(mV)。1千伏=103伏=106毫伏。测量电压的仪表是:电压表。使用规则:电压表要并联在电路中;电流要从“+”接线柱入,从“-”接线柱出;被测电压不要超过电压表的量程。

      电阻(R):表示导体对电流的阻碍作用(导体如果对电流的阻碍作用越大,那么电阻就越大,而通过导体的电流就越小)。国际单位:欧姆(Ω);常用:兆欧(MΩ),千欧(KΩ);1兆欧=103千欧;1千欧=103欧。决定电阻大小的因素:材料、长度、横截面积和温度(R与它的U和I无关)。

      1.可怕的静电

      京生是北京的一个大货车司机。有一天,他接到一桩生意,需要他去新疆运木头来北京,他十分乐意地接了这笔生意,心想:跑完新疆一趟,他就带儿子去欢乐谷玩玩,好久没有陪自己的孩子了。

      在通往新疆的高速公路上,京生驾着自己的货车在急驶,突然间一声巨响,从后面的槽厢里喷出一个火球,随即点燃了油箱。京生刚刚跳出驾驶室的一瞬间,一声巨响,货车报废了,京生也受了重伤。

      家人闻讯赶来,都十分悲痛,货车对于他们全家而言是维持生活的工具,再说京生也受了重伤。警察赶来处理交通事故,京生的妻子十分不解地问交警:“我们家京生没有超速,也没有违章行驶,为什么会出现这种情况?”交警说:“造成这一不幸的事故原因,要从一塑料桶汽油说起,因为爆炸是从那里开始的。为了长途行车,司机用塑料桶装了一桶汽油放在车后面。行驶过程中,桶里的汽油在不断地晃动中和塑料桶壁摩擦、撞击,由于汽油和塑料桶都是电的不良导体,摩擦产生的电荷不断地积累,而且越积越多。塑料桶壁和汽油之间开始放电,产生火花,就像打了一个小的闪电。就是这个小小的火花,点燃了汽油桶上面的汽油蒸气与空气的混合气体,引起了爆炸。”

      妻子这时也只能黯然泪下,终于明白了静电的威力。

      静电火花不仅会引起汽油的爆炸,砂糖、面粉、茶叶末、奶粉、咖啡粉、煤粉、铝粉、木粉等,如果在空气中悬浮的数量达到一定的程度,也都会因为静电火花或其他火花而产生爆炸。在工业史上,面粉厂、铝制品厂因为空中的粉尘太多发生爆炸的事常有发生。

      静电是在摩擦中产生的,在干燥的冬天用梳子梳头,常常可以听到噼噼啪啪的声音,这是梳子和头发之间在放电;我们从地毯上走过去摸铁门柄,常会在手指和门柄之间打一个火花。

      静电现象在我们的生活中也有许多可以应用的地方,例如静电除尘。还有一种点煤气灶用的“枪”,用手一扣扳机,前端“枪筒”上就打一个火花,点燃了煤气灶。煤气枪里有一种特殊的物质叫压电体,扣扳机的时候对它产生了压力,于是在这个物质的两个表面上就会产生几万伏的高电压,产生火花放电,这也是静电的一种应用。

      2.天然电池

      在抗日战争时期,有一次,游击队得到一个秘密情报:小鬼子的车队下午通过村前的大桥。

      队长立马决定,在鬼子到达时炸死鬼子。游击队的队员听完之后士气高昂,大家表示一定要重创侵略者。他们迅速把炸药埋在桥下,将引爆用的电线从炸药包一直拉到远处的橘林,并接上电池和开关。只要一声令下,便合上开关,将电流送到炸药包,在那里会跳出火花,引爆炸药。

      为了这次战争的胜利,他们一遍遍检查每一个接口和线路。当检查到电池时,发现因天气太潮而漏电,电压不够了。空气顿时紧张起来。

      前功尽弃吗?不!几个战士主动请战:“我去桥下埋伏,到时间点燃炸药包。”

      “这样太危险!”队长说,“不到万不得已,我们不能这样做。想想还有什么办法……”

      队长的目光无意中落在眼前的橘林上,黄澄澄的橘子挂满树枝。这是老百姓的果实,绝不能让鬼子们掠夺。他想着想着,忽然眼前一亮,大声说:“有了!大家摘12个大橘子,要酸的,我们用橘子引爆!”

      “用橘子引爆吗?”

      “对。橘子可以做成电池,现在我们只有这个办法了。还得预备几块铜片、几块铁片,要打磨得亮亮的。”

      大家很快准备就绪。一个人负责一个橘子,队长负责橘子之间的联结。

      鬼子车队一到,随着队长的一声高喊,大家同时把自己手里的铜片和铁片平行地插到橘子里去。只听“轰”的一声巨响,引爆成功了,鬼子车队损失惨重,游击队又获得了胜利。

      胜利回村的路上,许多战士都涌到队长的面前要问个究竟。

      队长笑着说:“电池就是化学电源,它是利用化学变化而产生电流的。只要把不同的金属,例如铜片和铁片,放在酸溶液,或碱溶液,或盐溶液中,这就是一个电池,可以向外供应电流。但它过一会儿,电流就要减弱,这是因为在化学变化中金属片上会产生一些气泡,从而阻挡了电流的通过。如果能及时把气泡除去,便又可以发电了。”队长为了保险,安排了12只橘子,分为3组,每组4只,4只串联,3组再并联。

      你可以做个水果电池,看能否把小电珠点亮。

      磁感强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量。定义式为:φ=BS。

      水果电池怎样制作呢?

      找一些铜片和铝片,再剪一些比铜片和铝片大一些的纸片在醋里浸一下。在一个铝片的上面放一个纸片,在纸片上放个铜片,一个简易的化学电池就做好了,铜片是正极,铝片是负极,浸湿的纸片就是电解质。不过,这样的一个“电池”产生的电实在太微弱了,只能用灵敏的电表测到。如果把许多这样的“小电池”垒起来,让一个“电池”的铝片放在另一个“电池”的铜片上(这时铝片和铜片之间不要放纸片),这时产生的电流就强了一些,几个“电池”垒起来就能点亮一个发光二极管(一种通过很小电流就能发光的半导体元件)。如果很多这样的电池垒起来,电流就会很强了。也可以把铜片和铝片插进一些蔬菜水果里,如插在西红柿、柠檬里,这样就可以做成一个有趣的“水果电池”。

      3.不安全用电的后果

      那一年,小柳研究生毕业,来到研究所工作。他兴高采烈地搬进了宿舍,到了该吃午饭的时候了,这天煤气罐没有送来,他急中生智,拿出刚买的电磁炉,这个电磁炉有3000瓦,插上插销,还好,没有烧断保险丝,饭一会儿就做好了。

      他知道这个电炉功率太大,在原来住的楼上根本不能用,一用就烧断保险丝,整个单元几十户人家都受牵连。他知道居民楼不该用电磁炉,因为楼内的电线不够粗。转念一想,这是新楼,马马虎虎吧……

      已是万家灯火的时候了,他又开始做晚饭了,可惜这次没有中午幸运,电炉刚插上,“啪”的一声,保险丝断了。楼道里一片漆黑,接着是一片喧嚷:“谁家用电炉子了?”

      “晚上各家都用电,电线负荷本来就重,再用电炉哪能受得了?”

      小柳非常不好意思,赶忙拔下插销,不敢再用了,只好下楼买了点零食随便吃了。当他回家时,不知谁已经换了保险丝又来电了。

      晚饭没做成,小柳一直不甘心。他想:3千瓦太大,我改小一点不就行了?小电炉子照样发热做饭,只是时间长一点罢了。对!说干就干,他把电炉丝从耐火材料的底座里轻轻取出来,把全部电炉丝伸开摆成个“之”字。每一段大约是总长度的1/3,剪掉2/3多一点,剩下不到1/3,不就变成小电炉了?不到1千瓦,也许是900瓦呢!他想好,动手剪开,又把电路连好,小心翼翼地把这不到1/3长的电炉丝安到耐火底座的沟槽里。他不敢马虎,又仔细检查一遍,电路没错,心里踏实了。“这下应该没有问题了!”他放心地把插销插到电源插座里……

      结果怎样呢?竟然引起了一场火灾,好端端的新楼烧得一塌糊涂,小柳无法逃脱应得的惩罚。

      小柳研究生毕业,居然犯下这种幼稚错误,他以为电炉丝截短了,它的电功率会随着电阻的变小而变小,事实恰恰相反。我国家用电源都是220伏特电压的照明电源。在电压不变的条件下,电炉丝的电阻越小,通过它的电流强度就越大;而电功率是电流强度与电压的乘积。所以在电压不变时,电功率与电阻正好成反比。小柳将电阻减到1/3以下时,电炉子的电功率将为3倍以上,也就是9千瓦以上!更能把保险丝烧断了。

      偏不凑巧,刚才烧断保险丝后,大家都找不到保险丝,最后有人提议暂时换根铜丝应急吧。结果用了一根粗铜丝代替保险丝接上去了。这粗铜丝即便是非常强的电流也不容易把它烧断。小柳接通电炉后,强电流通过墙上的电线,很快把电线的绝缘外皮烧化了,把电线烧红了,电线周围的木、纸、布等易燃物被引着了,顿时火光四起,越烧越旺,损失惨重。

      如果当时不是换粗铜丝而是换保险丝,火灾肯定可以避免,但也无法避免大楼再次断电。

      当电路发生故障或异常时,伴随着电流不断升高,并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件,也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝,那么保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候,自身熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。最早的保险丝于100多年前由爱迪生发明,由于当时的工业技术不发达,白炽灯很贵重,所以最初是将它用来保护价格昂贵的白炽灯的。保险丝保护电子设备不受过电流的伤害,也可避免电子设备因内部故障所引起的严重伤害。因此,每个保险丝上皆有额定规格,当电流超过额定规格时保险丝将会熔断。当介于常规不熔断电流与相关标准规定的额定分断能力(的电流)之间的电流作用于保险丝时,保险丝应能满意地动作,而且不会危及周围环境。保险丝被安置的电路的预期故障电流必须小于标准规定的额定分断能力电流,否则当故障发生保险丝熔断时会出现持续飞弧、引燃、保险丝烧毁、连同接触件一起熔融、保险丝标记无法辨认等现象。当然,劣质保险丝的分断能力达不到标准规定的要求,使用时同样会发生危害。

      常用的滑动变阻器就是依靠改变导线的长度达到改变阻值的目的;它仅适用于温度一定、粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液。

      4.可爱的出气砖

      余文是个铁杆球迷,在世界杯期间,每场都不落下,随着比赛的进行,他又喊又跳,又急又笑。这个足球迷,迷得有些不正常了。

      “看,有了齐达内,看着就舒服,我早说过法国队一定能打赢……好小伙子,不愧获那么多大奖……进了!太棒了……法国队的守门员真有能耐?哈……”

      可是没过多久,形势急转直下,意大利队大展雄风,连进三球!

      “臭!怎么不把球挡住……哎,守门员吃错药了?你干什么吃的……回家抱孩子去吧!踢的什么球……”话虽这么说,他还是希望下半场法国队能反败为胜。

      下半场开始了,场上比分3∶1,意大利队领先。余文急得坐立不安,抓耳挠腮。法国队一个队员带球连过3人,动作太漂亮太熟练了,转眼已到离对方球门5米的地方。时机来到了,他提脚射门,球直冲大门飞去,眼看要成功,可惜高了一点点,球紧挨着门梁飞出界外,太可惜了,场内一片惋惜声。

      余文这下可受不了了,一边骂着一边顺手摸起身旁小桌上的东西就朝电视机砸去。刚一出手,他后悔了,这部彩电是节衣缩食才买来了,砸坏了怎么向妻子交代?电视机会不会爆炸?脑子里迅速闪过许多念头。说时迟,那时快,砸过去的东西正好碰在电视机的屏幕上!余文吓得看都不敢看,脑海里出现一个念头:等着挨骂吧。

      奇怪!怎么没听到砸碎的声音?怎么屋里变得一点动静也没有了?他睁眼一看,电视机没坏,地下竟是一块砖头!是做梦吧?不是。他仔细看看,这是怎么回事啊,用砖头砸电视机没有砸坏吗?这时,他也困得厉害,没有多想就爬上床睡觉了。

      第二天,妻子冲他直笑,余文忍不住问她,她说:“夜里看球赛出气了吧?以后可以使劲砸电视机!”

      “……那砖头是怎么回事?”

      “这是电视机专用出气砖!”

      余文想起那砖从外形上看真像一块砖头,但实际上比砖轻而软。他又问:“为什么一砸,电视机就关了呢?”

      “砖里面有一些电子元件,当它挤压电视机时,能发出信号让电视关机。”

      呵呵,以后可以使劲去砸了,这样想着,他走到妻子身边,问道:“这个电视机专用出气砖是怎么回事啊?”

      妻子笑着说:“‘出气砖’里有压敏元件,它一受到压力,电阻值就发生变化,从而影响电路中的电流,这样就把压力变化的信号用电流的变化传送出去。另外还要有将微弱电流信号进行放大的电路,还要有使电视机切断电源的发射电路,当然还要有自用的电源——纽扣电池。”

      “类似于你这样的球迷用‘出气砖’砸到电视机上以后,由于看不到图像,一般会从狂热状态中清醒过来。对于那些容易过分激动的球迷来说,‘出气砖’称得上是个好帮手。”妻子说。

      电阻和电阻率的区别:电阻反映导体对电流阻碍作用大小的性质,电阻大的导体对电流的阻碍作用大;电阻率反映制作导体的材料导电性能好坏的性质,电阻率小的材料导电性能好。也就是说,导体的电阻大,导体材料的导电性能不一定;导体的电阻率小,电阻不一定小,即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小。

      常用电阻器:电位器、实心碳质电阻器、绕线电阻器、薄膜电阻器、金属bō璃铀电阻器、贴片电阻SMT、敏感电阻、合成碳膜电位器。

      5.微波炉诞生

      美国雷西恩公司有个做雷达起振的实验室,这里聚集了许多有名的工程师,有位名叫珀西`斯潘塞的工程师对雷达起振的实验非常投入。一天,他的同事看到他胸前的衣兜里渗出暗黑色的液体,就慌忙告诉他:“你怎么受伤了?上衣袋那儿有血流出。”

      珀西用手一摸,湿乎乎的,脸色立刻变得煞白。可是他又突然明白了,是上衣袋里的巧克力糖融化了,真是一场虚惊。

      珀西走进更衣室换了件干净的衬衣又开始了工作,他边换衣服时边思考:巧克力糖是固体的,怎么会融化呢,再说温度很低,为什么会有这种情况出现?

      珀西正在研究波长为25厘米雷达电波在空间分布的状况,此时雷达天线正在发射着强大的电波。

      刚才发生的事情引起他极大的好奇心,忽然灵感产生了,他明白了,肯定是雷达波在作怪。世界上的物质都是由带电粒子组成的,电磁波是变化的电场和磁场组成的。电磁场的方向不断地变来变去,巧克力内部的分子来回振荡,分子彼此激烈地碰撞产生热量,温度升高,巧克力便融化了。

      珀西想:在锅里煮一个鸡蛋或一块肉的时候,热量是从外面慢慢传进去的。外面的蛋清已经煮老了,里面的蛋黄还没有太热,为了把整个鸡蛋煮熟,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,珀西就立即动手制作了一个用雷达波烤肉的灶具,微波炉由此诞生了。

      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。

      微波的主要特点是它的似光性、穿透性和非电离性。似光性——微波与频率较低的无线电波相比,更能像光线一样地传播和集中;穿透性——与红外线相比,微波照射介质时更容易深入物质内部;非电离性——微波的量子能量与物质相互作用时,不改变物质分子的内部结构(只改变其运动状态)。

      6.未来的新能源

      从前,有个美国驻某国大使馆的工作人员时常感到身体不舒服,经过医院的检查也始终找不出任何病。他们想,也许是水土不服吧!于是美国做出决定:让大使馆的工作人员轮流定期回国休养。

      有一次国内派来了一位电子专家对使馆内的电子设备进行例行检查。他偶然间发现有一束微波每天定时照射这个大使馆,大使馆的工作人员身体不适正是由于受到过量的微波照射才产生的。

      原来,大厅墙上的一个木雕雄鹰是微波照射的目标。鹰是美国的象征,是大使馆所在国家为了表示友好送给美国大使馆的,送来后就一直挂在这个会议大厅里。

      电子专家拆开木雕才发现,里面有个极小的窃听器,因为窃听者没有机会给它更换电源,这个窃听器没有电源,实际上也不可能装电源,它的能量全是由一束微波送来的。当微波束照射这个木雕像时,窃听器便开始工作,并把大厅中的声音由一束微波送回去。电子专家不得不感叹这种设计的巧妙。

      自从人们发现微波能传送能量之后,于是有人就大胆地设想:如果把这个思想用到空中飞行的飞机上,飞机就可以从地面射来的微波束中得到能量。1987年9月就实现了这个梦想,第一架无人驾驶的微波飞机在加拿大渥太华郊外的上空悠然自得地盘旋,它的能量来自飞机肚子下面的圆盘天线,一个像电话亭大小的发电机组把能量通过微波送上天空,飞机接收到微波后,再转化成电力驱动螺旋桨。未来的微波飞机可以不着陆地环球飞行,部分代替卫星的工作,不过要每隔一二百公里设一个微波发送站。

      许多的物理学家都梦想着有朝一日能用微波的能量把航天飞机送上天空,因为一个航天飞机并不是很重,用微波发送可以节省20倍的经费。

      预计在不远的未来,人类将在月球与地球之间建立一个大型太空城。太空城由于能充分利用太阳能来发电,所以向地球出口的贸易中电力占主要成分,向地球输送电能的最好方法是通过微波束。当然飞机或生物穿过微波束的时候会受到严重损害,不过地球上有许多荒无人烟的沙漠,在那些地方建立微波接收站就可以避免意外事故的发生。

      微波的能量也被用于战争。高功率微波武器又称射频武器,它利用释放出的高功率微波脉冲能量,破坏或烧毁敌方的雷达,可使敌方飞机的航空电子和瞄准系统失灵,也能使巡航导弹、雷达制导导弹、火控电脑等电子设备失灵,甚至还可以损伤作战人员,使其丧失作战能力。

      7.战胜癌症的新武器

      戴维是位工人,平时身体很结实,在一次体检中查出他患了癌症。命运好像和他开了个玩笑,他是家里的顶梁柱,他倒下了,全家人该怎么办。

      紧接着,他的病加重了,一直高烧不退,绝望的家人都为他准备后事了。几天几夜过去了,他又奇迹般地活过来了,并且癌肿完全消失了。这件怪事引起了医学界的重视,经过研究发现:癌细胞比一般的正常细胞对热更敏感。高烧杀死了癌细胞,这就是高烧后在癌症病人身上发生的奇迹。

      不过温度的控制是十分重要的,不然就会损坏正常的细胞。1975年,德国科学家佩蒂克大胆地采用一种全身麻醉加热的方法。他把麻醉后的病人放到50℃的石蜡液体中,同时让他吸入高温气体,使体内达到41.5~41.8℃,据说治愈了很多肿瘤病人。

      经过研究发现,有的癌细胞要更高的温度才能杀死。例如:用热杀死脑癌的温度值是43.5℃,但是人体不能长期处在这样的高温下,应该有一种局部加热的办法才行。科学家想到微波加热的原理,但是把整个人放在微波下烘烤,是非常有害的。后来想到,把微波辐射器做得很细很小,再送到有肿瘤的部位,这就是先进的微波介入治疗法。对于肝癌的病人,医生先用超声仪器判断肿瘤的位置,精确地引导探针穿刺到病变的部位,再植入微波辐射器,利用微波产生的热量消灭肿瘤细胞。细小的微波辐射器可以从口腔中送到食道里,这种微波发生器可以把食道中的癌细胞杀死,使堵塞的食道畅通。对于前列腺肿大也可以用类似方法治疗。还可以把极细的微波发生器送到血管里烧去血管壁的多余物质,使血管内壁变得光滑和富有弹性,目前在许多医院里已经可以进行上述手术了。

      目前关于手机微波对人体的危害正在研究,手机在接听电话时靠近大脑,会对大脑有加热作用,许多科学家认为对大脑有害。

      现在有人提出用微波代替居室内暖气加热的设想。低量的微波对人体无害,只能穿透人体皮肤的浅层,但是能使人感到温暖。由于家具不吸收微波,仍然是冰冷的,可以在家具的表面涂上吸收微波的材料,使沙发等的表面温暖宜人。

      8.进入一个超导的世界

      开学了,9月的天空高而蓝,孩子们在这美好的季节里迎来了一个新的学期。

      下午,赵老师走进课堂,用一段精彩的话作为这节课的开端:“21世纪,我们如果能获得在室温下具有超导能力的材料,那么我们将进入一个超导的世界。同学们,你们想象下超导的世界是什么样的?”

      关利说:“令人烦恼的电阻会消失,田野里将没有高压电线,因为超导输电线没有电阻,所以不需要高压输电,100伏的直流电压就可以从发电厂送到住宅,这样会很安全。由于电力在输送过程中丝毫没有损失,所以电力能被送到任何地方,送到穷乡僻壤。

      “电力的储存是人类的梦想,目前的方法是在夜晚没有用户用电时,关掉发动机组或用水库蓄能。咱们北京十三陵水库就是一个蓄能水库。在电力过剩的时候,用电力带动抽水机把水送到高处变为水的机械能。在电力使用高峰,让水带动水轮发动机,把储存的机械能再变成电能。但是,这种方法造价高、效率低。利用超导线圈储存电能是最理想的。超导线圈也没有电阻,线圈中的电流一旦通入就会永远在里面流动,以磁能的形式储存。电力变得很容易储存,也非常容易提取。”

      王雪说:“也许未来街上跑的都是电动汽车。驱动电动汽车的也不是电池,而是一个体积很小的超导线圈,在这个线圈里储存着强大的磁能。线圈的磁能转变成电能供给汽车发动机的运行。磁能用完了,可以迅速地补充。作为汽车动力的超导电动机体积比现在的小一半还多,但是力量很大。”

      欧阳俊杰说:“因为超导电磁铁不会发热,可以通入强大的电流,产生极强的磁场,所以使许多东西大为改观:磁悬浮列车将很容易制造,乘上磁悬浮列车,不到半个小时,从北京就可以到达天津。乘客的时间主要是花费在进出车站上。”

      “未来的超导使我们有了廉价的强磁场,医疗仪器将大为改观:超导核磁共振可以诊断出极小的肿瘤,由于构造简单检查费用大大降低,患者像验血一样可以随时检查。利用强磁场可以引导带有磁性的药物到指定的身体部位消灭癌细胞或其他的病菌。心磁图仪、脑磁图仪可以检查出微小的病变。超导量子干涉器件甚至可以对大脑的思维进行检测,揭开大脑思维之谜。”蔡巍说。

      赵老师说:“大家的发言都很精彩,但上述的事情不是幻想,从原理上说都已经实现,只是目前获得超导尚需要较低的温度,费用较高,设备也嫌笨重。目前说的高温超导也是相对液态氦的温度而言。”

      第一个发现超导现象的是荷兰物理学家昂纳斯,1911年,他在很低的温度下发现随着温度的降低,水银的电阻越来越小,到了4.15K时(K是绝对温度,绝对零度为-273.16℃)水银的电阻不再缓慢地减小,而是突然一下子降到了零。这说明,在4.15K(-269.01℃),水银进入到超导态。

      要想使用超导体干什么事,得把它“埋在”超低温的液体氦之中。可是液体氦的价格昂贵得惊人,不仅它本身难于制造,就是制造装它的容器都不容易。人们很明白,没有高温超导材料,超导性能再宝贵也只能望洋兴叹

      9.无形的力量——磁力

      晋代有位大将马隆,少年时的他就有智有谋,敢作敢为,后来经过他人的推荐,让他成为朝廷中一员良将。

      晋武帝司马炎即将讨伐长江以南的吴国,不料西方凉州的古羌人将朝廷的命官打败了,占领河西地方。武帝一筹莫展,在朝上叹道:“谁能为我讨伐羌人,收复凉州呢?”

      此时的文武官员都知道羌人的厉害,没有一个人敢吱声。这一刻马隆走上前,请求武帝给他三千勇士以平凉州。武帝立马答应他的条件,并封他为武威太守。

      许多大臣反对马隆另外募兵,有的官员还将三国时留下的过时兵器给他。马隆毫不畏惧,在武帝支持下招募勇士,不到半天就招来3500人。武帝又给他三年的军费。在公元279年,他率兵向西出发了。

      羌人派出了万余名兵卒围截马隆,他们的首领名叫权才机能,他想了办法,利用古羌人的地理优势阻挡马隆的前进,并且在有些隐蔽的地方设下埋伏,声势浩大,真是不可一世。马隆临阵不惧,按诸葛亮的八阵图对阵。在宽阔的地方,就以鹿角车(将带枝的树木削尖,放在车上,叫鹿角车)开路;在狭窄的地方,就在车上放置一个木屋挡住敌人的视线,边战边向前推进。马隆充分运用部下的弓箭,使他们的弓箭所到的范围内,敌人死伤惨重,这一招让敌人的士气大大下降。

      有一天,马隆来到遍地有磁石的地方。他忽然心生一计,打算以谋略取胜。选好地形,马隆在狭窄的山口两旁堆满磁石。羌人身披铁铠,在走近时,受磁石感应而被吸引,自感行动反常,似有无形的手在拉他,以为神力起作用。马隆部下在战前都已经脱下铁铠换上犀甲,磁石无法吸引皮革,他们的行动就不会受到阻碍。

      马隆率兵去攻打羌人,羌人骑马大举反攻。马隆佯装败退,羌人在经过一个狭窄的山口时,他们都像遇见了魔鬼样,无法走出山口。羌人这时感到行动困难,好像有许多无形的手在拉他们。那时文化落后,人都很迷信,不知谁喊了一声:“不好!马隆有神明相助。”

      刹那间羌人乱作一团,纷纷后撤,退出山口。马隆见时机已到,一声令下,进行反攻,杀伤无数,从此为朝廷平定了西凉。

      使用磁铁小常识:磁铁很脆,使用时要小心,若掉在地上很容易被摔断。磁体存放的位置不要靠近火边;在使用时要尽量减少碰撞,以防磁性过早减弱。

      磁铁有两极,具有同名极相斥、异名极相吸的性质。

      10.只进不出的黑洞

      物理课上,朱老师向同学们提出一个问题:“世界上什么东西最黑?”孩子们都是争先恐后的举手,李昊说:“黑布、黑丝绒还有锅底上的煤烟。”

      老师说:“坐下,呵呵,同学们好好听我讲,如果一个物体能把照在它上面的光线全部都吸收掉,这个物体就算得上是最黑的,但是实际上,无论是黑色的丝绒还是锅底的煤烟,都能反射很少的入射光,它们不是最黑的东西。”

      “在宇宙中最黑的星体叫做‘黑洞’。黑洞被定义为宇宙中具有超高密度的区域,它的引力极强,以致包括光在内的任何物质只要进入都无法从中逃逸。”朱老师说。

      朱老师分析:“光线只进不出,所以黑洞是看不见的,它不发光也不反射光。宇宙中的黑洞是一颗‘死亡’的恒星,一颗质量比太阳大10倍的恒星,在耗尽了内部的‘燃料’以后,就会坍缩为直径只有60公里左右的黑洞,因此黑洞的密度相当大,它上面的一粒沙子,比地球上的喜马拉雅山还要重。”

      “黑洞既然不发光也不反射光,那么天文学家是用什么方法发现它的呢?”老师再一次提问,这次同学们都沉默了,他们都用期待的眼神等待老师的答案。朱老师说:“其实,当黑洞周围的气体、尘埃在巨大的吸引力作用下,迅速地进入黑洞的同时,由于运动速度极大,温度很高,所以会发出X射线。虽然这种X射线不是黑洞直接发出的,但是它暴露了黑洞的存在。天文学家就利用这种方法推断黑洞的位置。在X光图像中,气态物质都被吸引到高密度天体外围呈螺旋形由两个方向向中心靠拢,高温气体接近高密度天体时就突然消失,其X图像表现为发亮的碟形中央有一黑点。”

      “同学们都懂了吗?”

      “懂了。”孩子们齐声回答道。

      黑洞这个词是由美国物理学家惠勒在20世纪60年代首先使用的。

      整个自然界是由不断运动着的物质所组成,绝对静止的物质是不存在的。物质运动必然会产生磁场,天体和磁场是不可分割的整体,只要天体存在,它周围就一定有磁场存在。各类物质结构由于运动方向的不同、运动速度的差异,会产生无数大小不一、强弱不同的磁场漩涡,这种磁场漩涡就是神秘的“黑洞”。

      11.相对论

      玉林和亚如在明白了光速不变原理之后,姜老师说:“假定有一个火箭,以25万千米/秒的匀速飞行,火箭里面正中间有一盏灯,前面坐着一个男孩,后面坐着一个女孩,他俩与灯的距离相同。你们坐在中间那盏灯的位置,并向他俩宣布,当灯点亮时,谁看到灯光就立即举手,那么在你们看来,谁先举手呢?”

      “当然是同时举手了!”玉林回答得很坚决。

      “光向任何方向传播的速度不变,距离又相等,他们两人应该同时看到灯光。可是还有火箭的速度……”亚如想得很周到,不过,周密的思考将使结论更为踏实。“火箭?大家都在火箭里,又是匀速运动,谁也感觉不到火箭的运动,所以它在这个问题中没有什么影响。”玉林的思路也非常迅速。

      “对,他俩同时看到灯光。”姜老师说的时候加重了“同时”二字,“注意,现在你们离开灯了,站到火箭外面去了。当你们在火箭以外的一个地方,去看火箭中发生的事情,在灯点亮时,他俩还是同时举手吗?”

      “同时,”还是玉林抢先回答,“光速不变,两人位置不变,当然是同时看到、同时举手啦!”

      “不,老师问的是站在火箭以外去看火箭内的情况。我想应该注意‘光速对任何人都是不变的’这条规律。火箭向前飞,就使坐在后面的女孩向灯刚发光时的位置靠近了,距离变小了,光传播到她眼里的时间也应该缩短,这样看来,我们将会看到后面的女孩先举手。”亚如慢慢地说了一番推论。

      “亚如说得对,”玉林受到启发,也想通了,“坐在前面的男孩被火箭带着向前走,他远离了灯刚发光时的位置,距离变大。光传播到他眼中的时间也延长,所以他举手晚。”

      “你俩的意见一致,都是说飞船里前后两人不同时看到灯光。”姜老师说时加重了“不同时”三字,“那么,他俩看见灯光到底是同时还是不同时呢?”

      “应该同时,怎么又不同时了?”玉林抢着说,可是得不出结论来了。

      “到底是怎么回事呢?”亚如也觉得好像自相矛盾

      姜老师说:“以前我们已经知道,对观察者来说,物体的空间位置其实是相对的。比如,你坐在行驶的汽车上,车内的观察者说你是静止的,位置不变,车外的观察者说你是运动的,位置随汽车而变。现在我们又看到,对观察者来说,时间也是相对的。火箭内的观察者说女孩男孩同时看到灯光,火箭外的观察者说女孩男孩不同时看到灯光。所以当你说‘甲乙两个事件是同时的’,它一定是在某个条件下才同时,而在另一条件下又不一定同时。无条件地说‘同时’,是毫无意义的。

      “总之,对于观察者来说,空间、时间都具有相对性,这也是爱因斯坦的理论被定名为‘相对论’的原因。”

      听了姜老师的一番话,他俩才明白了其中的道理。

      相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理、相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。

      狭义相对论认为空间和时间并不相互独立,而是一个统一的四维时空整体,并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中,整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的,这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。
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