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别莱利曼:《趣味物理学》 第六章 热现象(5)

2017/9/28 20:20:12 来自微信读书
 

香烟能教会我们什么

    火柴盒上放着一只点燃的香烟,香烟的两端都有烟冒出来。但是,从过滤嘴那一端冒出来的烟是向下走的,而另外一端冒出来的烟却向上飘,这是为什么呢?要知道,从香烟两端冒出来的是同样的烟啊!

    为什么从香烟两端冒出的烟雾,在一端是向上飘,而在另外一端却是向下走

    不错,的确是同样的烟,但是在点燃的那一头,空气加热后产生上升气流,把烟雾颗粒带着向上走;但是含有烟雾颗粒的空气在经过烟杆和过滤嘴之后就冷却下来了,由于烟雾颗粒自身比空气要重,所以不会向上飘,而是向下走了。

    在开水中不会溶化的冰块

    请取一只试管,装满水,再放入一小块冰,为了不让冰飘上来(冰比水要轻),可以用铅弹、铜块或者其他重物压住,但是不要完全堵住,给水留下自由流动的空间。现在,把试管放在酒精灯上加热,注意,要让酒精灯的火焰只能烧到试管的上部。很快,水就开始沸腾了,冒出一缕缕蒸汽。但奇怪的是:试管底部的冰却没有融化。在我们面前,似乎发生了一个小小的奇迹:在开水中不会融化的冰。

    试管上部的水已经沸腾,但是下面的冰块却没有融化

    谜底是这样的:试管底部的水根本没有沸腾,依然是冷水,沸腾的只是试管上部的水。在我们面前的不是“沸水里的冰”,而是“在沸水底下的冰”。水受热膨胀后会变轻,因此不会沉到试管底部,而是仍然留在试管的上部。水的热循环也只是在试管的上部进行,而没有影响到密度更大的下方水层。下部的水只能通过热传导的方式被加热,但是水的导热系数是非常小的。放在冰上边,还是放在冰下面?

    我们想要烧水的时候,一定是把水壶坐在火上,而不是放在火焰侧面。这种做法是完全正确的,因为空气被火焰加热以后会变轻,从各个方向向上流动,并流过水壶四周。

    因此,把需要加热的物体放在火焰上方加热,是利用热源的最有效方法。

    但是,如果我们想用冰来冷却一个物体,这时候应该怎么做呢?许多人按照习惯,会把需要冷却的物体放在冰的上面,比如,把一罐牛奶放在冰上面。其实这样做是不恰当的,因为冰上面的空气冷却以后,就会向下流动,被四周的热空气所置换。从这里可以得出一个具有实践意义的结论:如果您想冷却饮料或者食物,不要把它放在冰块的上面,而是要把它放在冰块的下面。

    让我们解释得再详细一些。如果把装水的容器放在冰上面,被冷却的仅仅是最下面的一层水,而容器其余部分的周围则还是未被冷却的空气。与此相反,如果把冰块放在容器的盖子上,则容器内的东西会冷却得快一些。因为上层的液体冷却以后会向下流动,下面热的液体会流上来,这样不停地循环,直到容器中的所有液体都冷却下来为止(纯净的水不能被冷却到0℃,而只能被冷却到4℃,在这个温度下水的密度最高。当然,在实际生活中也没有把饮料冷却到零度的必要)。另外一方面,冰块周围的冷空气同样会向下流动,包围这个容器。

                                                                         (雅科夫·伊西达洛维奇·别莱利曼)

 
 乐狍子-乐出鼻涕泡