天气瓶全名天气预报瓶,又名风暴瓶,英文名StormGlass。发明人说法不一,其中一位据说还是气象学家罗伯特·菲茨罗伊(Robert FitzRoy)——此人就是达尔文进行环球考察时乘坐的那艘“小猎犬号”的船长。他把蒸馏水、樟脑、乙醇、硝酸钾和氯化铵混合成溶液,密封在玻璃瓶子里。随着天气的变化,瓶子里溶液的结晶也会发生不同的变化,观察结晶就能预报天气。
然后就是各种淘宝卖家的介绍,都说能预测天气——“当瓶中液体清澈干净,代表天气晴朗;当瓶中液体混浊朦胧,代表天空多云阴郁;当瓶中出现大片结晶,代表将降温甚至下雪。”(各家描述略有出入,总体上大同小异)
淘宝商家对天气瓶不同天气产生不同晶体变化的介绍
PS:不得不说,在淘宝搞调研真的太考验人性了,鼠标神不守舍东点西点根本停不下来,调研结束后差点破产。
掐指一算:这顶多是个漂亮的温度计!
首先,天气虽然千变万化,其实归根结底不外乎是温度、湿度和气压的变化。对于天气瓶子而言,由于它是密闭的,所以湿度和气压无法施予影响,真正能对它产生作用的就只有温度。
我们可以看看天气瓶子号称能预测出的几种天气:晴、阴、多云、降雪、暴风雪……这些天气状况,都并非只由气温这一个指标来主导。
比如说,某地,冷空气来了,气温下降(这是天气瓶能捕捉的),但到底会不会下雪,还取决于水汽输送条件(这是天气瓶不能捕捉的),所以天气瓶子怎么可能判断下雪呢?!还有阴、晴、多云,这些天气现象完全可能在同样的气温条件下发生,其差别仅在于天空云量(晴为云量<30%,阴为云量>70%,中间的为多云),天气瓶子又怎么能获取到天空云量信息呢?
其次,既然天气瓶子完全依赖于温度变化,那显然它就必须放在室外,才能与大气温度充分接触。可是几乎所有的广告和介绍都没有提示这一点,大部分图片也都是放置在室内——这倒也与它精巧脆弱的造型相符。在如今的居室条件下,室温变化已经越来越小了,冬天有暖气、夏天开空调,这种条件下,天气瓶子连真实的气温都反映不了,更别说再进阶到天气变化了。
还有最重要的一点,就算我们把天气瓶子放在室外,就算室外的天气瓶子真能反映出气温变化——那又怎样?这能叫“预报”吗?!
什么叫预报?现在是10℃,我跟你说,24小时后会变成20℃,这才叫预报!而天气瓶子无非是现在已经20℃了,它用结晶的状态反映出来而已,这可不是预报,这只是实测,其功能仅仅相当于一支漂亮的气温计——把抽象的水银柱刻度,换成了具象的溶液结晶型而已。
等下!到底能不能实现温度计的功能还且说呢!
做个实验:天气瓶比温度计任性很多
天气瓶子里的溶液结晶变化,到底能不能反映温度的变化?或者说,能反映到什么程度?对于这个问题的好奇心,战胜了我爱财如命的本质——我去买了一个天气瓶子!
在买的瞬间我突然又想到,要不要考虑下瓶子自身是否存在明显的个体差异?比如说,在同样的条件下,同样的瓶子却产生不同的结晶变化?
理论上来说,此时我应该买100个瓶子来观察。但是!我爱财如命的本质终于战胜了一切——我决定只买两个来看看再说……
OK,这就是传说中的天气瓶子。
我把它们放在室内远离暖气的窗户边上(之所以要远离暖气是为了照顾南方人民的情绪),它们总体上很清澈,只在底部有少量小枝杈一样的结晶。
过了24小时,请注意,此时室温跟昨天相比,几乎没有变化。它们就变成了酱紫——
两个瓶子的结晶就像在自己生长,而且很明显左边的瓶子里的结晶长得更快。
室内温度的变化幅度太小了,我决定找个变温幅度更大的地方来观察!于是我和小伙伴们来到了中国气象局大气探测综合实验基地,借助他们高大上洋的实验设备来完成我们的小打小闹小实验。用基地老师的话说——杀鸡用牛刀!
请看这个箱子!这不是一个普通的箱子!这是一个可以人为决定温度、湿度和气压的箱子,全名温湿压联合试验箱。
温湿压联合试验箱(中国气象局大气探测综合实验基地提供)
考虑到,正如前面所说,湿度和压强不能影响密闭瓶子中的溶液和晶体,所以我们把湿度和压强都定为接近自然状态的常数:湿度为30%,压强为1013hPa。
好了,下面开始变化温度:
刚放进箱子的瞬间,溶液还很清澈,只有底部有少量结晶。
室温时拍摄
PS:如果你发现两个瓶子变胖了的话,那是因为——
没错!镜头太近了!
请忽略摄像大哥酷似赵又廷的面庞,哎呀你们又看不见!难怪妹子们自拍要配备专用自拍杆啊,离镜头太近只会拍出车祸现场啊!抱歉在那一刻我走神了……
温度先升到40℃,静置15分钟,额,似乎没什么变化。
40℃时拍摄
温度降到30℃,静置15分钟,咦,左边瓶子出现了轻微的浑浊,感觉结晶都悬浮起来了;而右边瓶子依旧清澈,只是底部的晶体变多了一点。所以,是温度越低、结晶越多吗?
30℃时拍摄
温度降到20℃,静置15分钟,咦,又回到清澈的状态了,跟40℃时非常类似。哎呀不会是箱子的温度设置出问题了吧?赶紧检查了一下,的确是20℃呀——看来瓶子很任性!
20℃时拍摄
温度降到10℃,静置15分钟,又没什么变化了。看来结晶的变化与温度的变化,并没有想象中的线性关系,比如温度越低、结晶就越多。
10℃时拍摄
温度降到0℃,静置15分钟,左边瓶子里悬浮的结晶增多了,显得很浑浊;右边瓶子里的晶体也在增长,但速度比较慢。
0℃时拍摄
温度降到-5℃,静置15分钟,晶体继续旺盛生长,但右边的瓶子始终保持慢半拍的节奏。
-5℃时拍摄
正准备继续降到-20℃,基地老师突然说:“等下!降到20度这玩意儿不会冻炸了吧?!”
我说:好呀好呀那我们就拍个冻炸了的吧!到时候我就配个图说——看吧我们把天气瓶子虐!到!炸!裂!噗哈哈哈……
基地老师:噗哈你个鬼啊!瓶子炸了是没事儿,这箱子怎么办?弄坏了你赔?!
我:赔不起……好的我们停止吧!
于是我们把温度恢复到0℃,开始收拾东西。
10分钟以后不经意看了眼——咦,左边瓶子里的晶体好像在向下沉淀,而右边瓶子里的晶体还在继续增加。
0℃持续10分钟后拍摄
干脆又等了10分钟,两个瓶子的晶体都增加了!而此时的温压湿条件并没有变化。
0℃持续20分钟后拍摄
再度陷入深深的思考中:到底是什么在影响天气瓶子中结晶的状态呢?
1. 除了温度本身以外,温度趋势是否对结晶形态也有影响呢?比如同样在10℃的状态,从20℃降到10℃,跟从0℃升到10℃,结晶会不会不一样呢?
2. 静置时间会不会也有影响呢?比如在恒定的条件下,晶体会不会自己生长?
3. 即使温度、温度趋势、静置时间等外部条件都完全相同,结晶形态也不一样。这是因为溶液结晶本身就具有随机性呢?还是因为商品生产时不精确,每个瓶子中的溶液浓度有差异呢?
思考了5分钟后,我找到了正确答案——我是学气象的又不是学溶液结晶的我怎么知道?!子曰:术业有专攻,隔行如隔山。我还是去找专业对口的老师来解答问题吧么么哒~
场外求助:化学专家都说不靠谱了
这位是清华大学化学系的孙亚飞博士,鼓掌~
清华大学化学系的孙亚飞博士
我:孙博士孙博士,你看到我的小实验了吗?
孙:看到了。
我:有什么看法呢?
孙:女人为了逛淘宝真是什么理由都想得出。
我:……重点错!重点是天气瓶子里的溶液结晶受哪些因素的影响好吗博士大人!
孙:哎巧了,日本科学家长岛和茂跟你有一样的疑问,他和他的团队专门进行了实验,对天气瓶的结晶条件和结晶成分进行了验证。结果表明:环境电场、磁场、湿度、气压这些因素,对于天气瓶子中晶体的生长都没!有!影!响!真正能造成影响的,主要是环境温度。一般对于这种樟脑-乙醇-水体系,温度越低,就越容易出现结晶。
我:但是我发现,我们在降温过程中,它的晶体并不是越来越多,中间曾经有一阵反而变少了,后来又继续增多了。
孙:因为温度变化的趋势和速率,也会影响结晶。比如同样是降温,快速降温的结晶和缓慢降温的结晶就不一样。还有外界扰动也会有影响,比如你要是摇晃过瓶子的话,就会促进晶体的生成。
我:咦?摇晃瓶子不会把晶体摇散了吗?
孙:呵呵,摇晃的确不容易形成完整的较大的晶体,但是就量而言,还是促进的。
我:嗷,酱紫。还有一个现象,我把瓶子放着,环境没有任何变化,晶体自己就变多了,它是会自由生长吗?
孙:会。
我:那一方面,静置时晶体会自由生长;另一方面,摇晃时也会促进晶体生成。这似乎是两个相反的条件,却指向了同样的趋势——也就是非线性变化咯?
孙:是的,所以结晶过程是很复杂的。
我:最后一个问题,两个瓶子在完全相同的条件下,结晶状态却不同,是不是说明结晶具有某种随机性呢?
孙:这有两种可能,一种是两个瓶子里的溶液比例和浓度不一样;另一种就是你说的随机性——我们业内更喜欢称之为“人品”。当然了,其实并不是真正意义上的随机,而是有很多微观干扰我们无法克服,而宏观差别又很大,类似于蝴蝶效应,你懂的。
我:赞!那这样看来,要想用天气瓶子来反映温度,是不太靠谱的了?
孙:是的,干扰因素太多,还有拼人品,很难准确地反映温度变化。
我:好的,明白啦!那孙博士您还有什么要跟我们的读者盆友们说的吗?
孙:我想说的是,我也会做天气瓶子,这些溶液我们实验室都有,密封也没什么难度,价格便宜量又足,全国包邮……
我:孙博士债见!
总结陈词:就让天气瓶做一只安静的美道具吧!
根据上面一系列的讨论,相信大家也能看出,天气预报瓶——
第一,肯定不能预报天气;
第二,不仅不能预报,甚至也不能实时反映天气;
第三,不仅不能反映自然天气,甚至也不能准确反映室内温度。
所以,这么说吧,天气预报瓶,其实就是一个能够很粗糙地反映出室内温度大致变化的工艺品。
就功能而言,还不如一只简陋的气温计。
当然,它可以用来观察晶体变化,也具有美观作用,仅此而已。至于其它神乎其神的功能性的宣传,我只能说——不可能啦!(编辑:老猫)
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