Q.E.D.衣服晾干就变硬?别急,这其实是个物理问题

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-07-28 12:09:10

文章讨论了物理现象在日常生活中的应用,包括地铁通风系统、衣服变硬的原因、循环小数的运算、棉织物变硬的解决方法、手机耗电问题、湖面热风的原因、气态行星的结构、磁铁的导电性以及核磁共振的原理。

不管是地铁车厢还是地铁站,都是需要通风、有空调系统的。其中地铁站与隧道还是联通的,列车行驶起来风会很大。在车厢里,通风换气系统是必需的。成年人在相对安静的状态下通气量大约5~10L/min,如果不通风,拥挤车厢里很快就会有人缺氧。这些通风系统就会带来空气流动。

衣服终于洗好晒干了,你兴高采烈地把衣服收了下来,可是你发现为什么衣服变硬了啊喂!别急,本期就用物理的方法帮你摆脱衣服变硬的烦恼。

循环小数是有理数,一定可以写成两个互质的整数的分数的形式,运算的时候当成普通分数就好。别说加减乘除了,就是取极限,算微积分也没什么特殊的。具体运算方法参见各年级数学教材。

其实不仅是袜子,很多含有棉纤维成分的织物例如毛巾在自然干燥后都会出现变硬的现象。导致这种现象的重要原因便是:附着在天然纤维素表面的束缚水层通过氢键作用使纤维间交联成网络。

实验表明,如果在真空中加热强行去除所有的水分,织物会重新变软,而这在现实生活中是很难做到的。然而两种操作可以改善这一问题。其一是清洗后进行甩干再晾晒,这应该有助于减少棉织物中的水分含量。而其二是添加柔顺剂,其主要成分是阳离子表面活性剂,被证明可以防止束缚水形成交联网络。

手机由各种硬件组件和软件应用程序组成的,并且硬件和软件应用均会消耗手机的电量。

在夏天,手机会由于环境温度升高加上使用导致手机升温,且不易散热,高温会导致电池内部的化学反应加速,手机电量较快消耗。

夏日身处室外强烈的阳光下,一些手机设置也会加速耗电,如果你开启了自动亮度调节,那么手机会自动将屏幕亮度调高,此外,夏天里,一些更倾向于户外活动的人们使用的移动数据运行一些应用程序,以及更愿意待在室内的人们使用手机消磨时光使用Wi-Fi运行一些应用程序,等等这些手机操作会增加手机耗电量。

水的热容大于陆地上沙土砖石的热容,能够储存的热量更多,升温慢,降温也慢,因此白天陆地气温高于湖面气温;夜晚湖面气温高于陆地气温——这是写在中学地理书里的。不同于课本中海陆风的例子,一般的湖面水体不够大,不能像海洋那样形成“高温区域气流上升——低温区域的气体流向高温区——在气压差作用下产生循环”的环流。夜晚,从湖岸吹向湖心的风在湖面上方受热,还没来得及上升就吹到了另一边。

这时这些气体已经比湖岸边本身的空气要热了,所以人感受到的就是湖面吹来了热风。

气态行星的最外层确实是由气体组成,但在其内部还是有着液态和固态物质的。气态行星主要由氢、氦、氖等轻元素所组成,在行星的最外层是对应的气体,如氢气、氦气等。但厚达上万千米的气体层会在气态行星的内部产生极大的气压(200GPa,约合2000000倍的地球标准大气压),在压力的作用下气体会被压缩为超临界流体,以金属氢海洋的形式存在。在气态行星的内部,还可能存在着由冰和岩石组成的固态内核。

常常见磁铁包括铁氧体磁铁和钕磁铁。室温下的电阻率在量级,这落在了半导体区间。从电阻温度曲线也可以看出是半导体。不必在意半导体和半金属究竟是什么,它们的定义需要把量子力学学个七七八八再学一门固体物理才能搞明白。知道至少在室温下,两种磁铁的导电性都介于导体和绝缘体之间就够了。

理解这件事需要明白三点:原子核有磁矩、磁矩在外磁场下会发生塞曼能级分裂、两个能级可以与相应频率的电磁波发生共振。

原子核有磁矩,形象地说就是有些原子核像一个个条形磁铁,会在外磁场作用下发生偏转。这些原子核的质子数和中子数不能都为偶数,比如12C和16O,因为它们的基态自旋为零,没有磁矩。我们能使用的原子核应该具有非零的角动量,这样才有非零的磁矩,常用的原子核有1H、13C、14N、19F和31P等等。

现在对这些有磁矩的原子核施加一个外磁场,在一通计算后,会发现不同磁矩指向的原子核分裂出了不同的能级,能级差,也就是对于同种核素,它分裂出的能级差正比于外加磁场。这被称为核的塞曼效应。有了分裂的能级,自然就可以在两个能级间跃迁。对这个在外磁场中的原子再加一个电磁波,当电磁波的频率与塞曼能级差相当,就会发生共振。

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