万书网 > 文学作品 > 1分钟物理 > 第5页

第5页



半导体与绝缘体相似,但是带隙比绝缘体小,具体情况需要具体讨论。比如,Si带隙对应1.1eV,小于红光能量,整个可见光段在此都有吸收,故不透明;而SiC带隙对应2.4eV,2.4~3.1eV范围的可见光在此被吸收。绿光能量为2.37eV,这意味着红橙黄绿蓝靛紫的全谱中,蓝靛紫在此被吸收了,红橙黄绿依然透过,材料依然透明,但会显示颜色。至于塑料等以分子为主的材料,分析方法与之类似,只是这种材料未形成能带,而是有一系列分立的能级,需要根据具体情况分开讨论。

这个问题还可以从另一个不严谨但是更直观的角度理解:导电说明电子可随电场自由移动,当然也可以随光的电磁场运动,从而吸收光的能量,表现为不透明;而透明物体对光无明显吸收,说明其中的电子不易随光的电磁场运动,那么它们在普通的电场中也不易自由移动,物体也就不导电了。

◆◆◆





31.物体的熔点能改变吗?

当然可以。固体怎么就熔化了呢?固体中的原子或分子因各种相互作用而手牵手整齐排列,温度相当于引入了原子或分子的振动;温度越高振动越强,振动太大、偏离平衡位置太远,原子无法继续牵手,队伍就乱掉了,固体也就熔化了。因此,一切可以影响原子或分子间相互作用的物理量,包括压强、杂质、外场、衬底,甚至颗粒尺寸都可能对熔点造成影响。

例如,冰在通常状态下熔点随压强增大而降低,所以挂着重物的钢丝勒在冰柱上很容易使冰局部熔化并缓慢嵌入。而在很高的压强(如20000个大气压)附近,冰的熔点随压强增大而升高,可超过室温,这叫作“高压热冰”。杂质的加入可以改变熔点,在冰中加入少量盐或酒精就可以降低熔点,这一原理可用于道路除雪和拖拉机水箱防冻。电场和磁场也可以改变冰的熔点。在不同的衬底上,物质的熔点也会有所差异,例如,低温下吸附在不同金属衬底上的固态氧薄膜熔点不同。另外,固体表面附近的熔点一般比体相要低,这一原理可应用于超细粉末固相烧结。纳米颗粒因表面相比例很高,熔点可大幅降低,降幅甚至可达几十至几百摄氏度。

◆◆◆





32.耳机降噪的原理是什么?

降噪方法分为被动降噪和主动降噪。前者指的就是普通的隔音,利用硅胶塞等在耳洞内形成封闭空间,阻挡外部噪声传入。这种方法的特点是容易滤去高频噪声,而对低频噪声过滤效果不佳。不信你可以试一试:用手指堵上耳朵,尖厉的声音明显减弱,而机器轰鸣等低沉的声音却依然明显。





不过我猜你更关心的应该是主动降噪,对此物理君只能摇摇头……不是不知道,而是请你一起摇头。


注意:摇头的时候你还可以看清手机屏幕上的字吗?差不多可以,这说明头部转动并没有给眼睛带来太大的扰动,这是为什么呢?因为眼睛感受到视野变化的信息后,会及时传给大脑,大脑给眼睛一个反向转动的命令,抵消脑袋转动的影响,从而减少视野的晃动。主动降噪耳机的原理与之类似,麦克风接收周围的噪声,传给芯片,再让扬声器发出一个与噪声等振幅、反相位的声音,从而与原噪声相互抵消。这种方法在过滤低频噪声时效果非常好,但噪声频率太高时,可能会遇到电路延迟及波长减短带来的相位误差问题。因此,两种降噪方法合二为一时效果更佳。

◆◆◆





33.为什么电池会有保质期呢?没用过的电池超过保质期使用起来会有什么反应?电池里的电去哪儿了?

电池当然会有保质期!

这个问题和干电池的自放电现象有关。我们先来复习一下在中学时代学过的铜锌原电池:铜做正极,锌做负极,中间连上导线,把电极浸泡到电解液中,我们就会在外电路得到电流输出。如果我们把导线去掉,让铜锌电极直接接触,并把它们完全浸泡在电解液中,会出现什么情况呢?我想你肯定知道,这和原电池没有什么不同,只不过我们没法利用由此而来的电能了。如果铜电极很小,只在锌的表面有一些分布,那就会形成无数个微小的原电池,从而消耗电池的化学能。电化学腐蚀的原理也是如此。没错,干电池的自放电就是电解液中的杂质或者电极的不均匀表面造成的。电池的正负电极都会出现微电池腐蚀的情况。但通常情况下,自放电主要发生在负极,如果电极表面存在析氢电位低的杂质,就会出现析氢反应。铁、镍、铜、砷等杂质都是有害的。所以,电池工业对电极和电解液中杂质浓度的控制相当严格,对工艺流程和生产环境的要求也很高。

电池经过较长时间的贮存后,自放电会造成杂质在电极表面沉积,电解液变质,从而出现开路电压变低,持续稳定放电时间变短等情况。电能嘛,最终都变成热能跑掉喽。

◆◆◆





34.为什么汽车在公路上行驶时,打开窗子风会从外面吹进来,而客机在空中破口时,风会将人往外吹?

汽车在公路上行驶,车内外气压都接近一个大气压,压差主要由运动引起。实际情况会比问题中所述更复杂些。具体来讲,由于汽车相对空气运动,前方空气被轻微挤压,压强略高,从前边车窗吹进来,或者被前挡板推向两侧;由于伯努利原理,汽车侧面存在一个低压区,部分空气向外流出并逐渐平衡,尤其是当汽车或火车快速经过隧道时,你的耳朵对此会有明显的感觉。另外,车窗周围还存在一些因相对运动而灌入的空气,以及在车窗边形成的涡流。汽车尾部也存在一个低压区,汽车行驶速度很快时甚至可形成湍流,并影响加速,这是赛车提速需要考虑的重要因素。我们很容易通过车尾扬起的尘土观察到这部分空气的运动情况。

客机飞行高度为10000米左右,此处空气压强只有标准大气压的1/4到1/3。你可以想象一下珠穆朗玛峰顶的低温低压环境,人在这种环境下会呼吸困难。为了保证人的生命安全和正常活动,飞机采取密闭充气的方法,保证飞机内压强在2/3标准大气压以上。因此,飞机内的压强始终比外部高,且这个压差较大,不可忽略。一旦客机在空中发生破损,强大的压差就会让空气迅速涌出,形成向外吹的大风。





◆◆◆





35.镜子的反射率与什么有关?这个量有理论上限吗?

光介质的反射率是指当入射光垂直打入介质时,其反射光强与入射光强的比值,与其对应的是光介质的透射率,根据能量守恒我们知道二者之和为1。一般光介质的反射率与透射率是通过求解光入射到介质表面的麦克斯韦方程组的边界条件得到的,其大小与介质的介电常数、磁导率,以及入射光的频率有关。不过在大多数情况下,磁导率和光波频率的影响可以忽略不计。至于镜子,我们知道,镜子一般是由镜片(一般为玻璃)和镀在镜面上的金属膜(最常见的是银)构成的。玻璃的透射率很高,而金属膜的反射率很高,光打到镜子上以后,很大一部分透过了玻璃,由金属膜反射回来,所以镜子的反射率是由玻璃的透射率和金属膜的反射率共同决定的,一般镜子的反射率都在90%左右。用途特殊的镜子,如实验室中的一些反射镜,反射率能达到95%以上,甚至99.9%,但是绝对无法达到100%。

◆◆◆





36.当光通过水的时候,水的流速会对光线传播产生影响吗?

首先说结果,水的流速确实会对光传播造成影响,光线会被介质的运动“部分拖曳”。其实风也会把声音吹跑,“顺风而呼,声非加疾也,而闻者彰”乃是对经典情况下介质运动对声波的影响的精妙总结。光的情况稍有不同,假设光线和介质速度共线,光相对于我们的速度为c'=c/n+v(1-1/n2  ),其中c'为经过介质时光的速度,n为折射率,v为介质运动速度。1851年,斐索从实验中得到了该结果。它并不是介质中的光速和介质运动速度的直接线性叠加,这是相对论修正带来的结果。有的同学可能会问,光速不是不变的吗?但是这个结果告诉我们,“光速”不仅对于不同介质是可变的,而且对于运动速度不同的同种介质也是可变的。这是因为速度始终要符合相对论的速度叠加公式,我们不能简单地认定“光的速度是不变的”。