物理爱好者

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秦王的水晶宫



茹自青



　　2000多年前，秦王建造了一座宫殿，非常豪华。特别奇妙的是，在炎热的夏天，这座宫殿里却冷气沁人，如同进了水晶宫，正因如此，人们把这座宫殿叫做秦王的水晶宫。

　　为什么秦王的水晶宫里会有这样低的温度呢？从表面上看，这座建筑除了有较多的铜柱外，再没有什么特殊的地方。

　　可是奥妙就出在这一根根铜柱上。秦王的水晶宫里的这些铜柱不仅有支持屋顶的功能，也不仅能使宫殿里显得高贵豪华，而且还是殿里降低温度的装置。原来这一根根铜柱全是空心的，每当盛夏到来之际，人们便把冬天收藏在冰窖里的天然冰装进铜柱里，这就是秦王水晶宫温度降低的原因。

　　为什么把冰装到铜柱里可以降低宫殿中的温度呢？我们知道，任何一种晶体物质由固态变成同温度的液态时，都要吸收一定的热量。0℃的冰熔解成同温度的水也要吸热，而且冰熔解成水吸收的热量远远大于别的物质熔解时吸收的热量。另外，铜是传热的良好材料，当铜柱里的冰熔解时，锡柱能很好地从周围吸热。这样，整个宫殿里的温度就会大大降低了。

　　我国用冰降温有悠久的历史，早在3000年前诗歌集《诗经》中就有冬天凿冰，藏进冰窖的记载。周朝王宫里就没有专门负责管冰的“凌人”。冬天凿冰保存，夏天用冰解暑的作法一直延续到清朝。北京有个地名“冰窖口”，就是由此得名的。

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爱斯基摩人的冰屋



张昆



　　冰是冷的象征，一提到它，人们就会不寒而栗。但是，在冰雪凛冽的冬天，生活在北极圈里的爱斯基摩人，却凭着用冰垒成的房屋，熬过严寒的冬天。

　　在北极圈内，冬天的天气非常奇怪。第一，冬天的时间特别长。在那里，冬天不是三个月，而是半年以上。第二，黑夜的时间特别长。在爱斯基摩人生活的地方，冬天的太阳，不是早晨从东方出来，傍晚到西边落下，而是每天仅在正南方显露一下，使人们说不清那时是早晨还是傍晚。所以在北极圈内，冬天的日照时间非常非常短，那里冬天的气温往往低到零下50多摄氏度。再加上寒风不断地袭击，爱斯基摩人要想在野外度过冬天，是绝对不可能的事。他们必须想方设法建房保温，防寒过冬。

　　北极圈里，有取之不尽的冰，又有用之不竭的水。每当冬天到来之前，爱斯基摩人都要建造冰屋。他们就地取材，先把冰加工成一块块规则的长方体，这就是“砖”；用水作为“泥”。材料准备好以后，他们在选择好的地方，泼上一些水，垒上一些冰块；再泼一些水，再垒一些冰块；前边不断地垒着，后边不断地冻结着，垒完的房屋就成为一个冻结成整体的冰屋。这种房屋很结实，被誉为爱斯基摩人的令人羡慕的艺术杰作。

　　爱斯基摩人的冰屋是怎样起到保暖防寒作用的呢？

　　首先，由于冰屋结实不透风，能够把寒风拒之屋外，所以住在冰屋里的人，可以免受寒风的袭击。

　　其次，冰是热的不良导体，能很好地隔热，屋里的热量几乎不能通过冰墙传导到野外。

　　再次，冻结成一体的冰屋，没有窗子，门口挂着兽皮门帘，这样可以大大减少屋内外空气的对流。

　　正因如此，冰屋里的温度，可以保持在零下几度到零下十几摄氏度，这样相对于零下50多摄氏度的野外，要算暖和多了。爱斯基摩人穿上皮衣，在这样的冰屋里完全可以安全过冬了。当然，冰屋里的温度比起我们冬天的室内温度要低得多，而且冰屋里也不允许生火取暖，因为冰在0℃以上就会溶解成水。

　　当北半球转入夏天时，北极圈内的气温便不断升高。温度一旦超过0℃，冰屋就会慢慢地熔解。当下一个冬天到来之前，爱斯基摩人又要再造新的冰屋。随着科学技术的进步和交通运输的发展，现代的爱斯基摩人已经有了用钢筋、水泥建造的永久性住宅。但是，回顾历史，冰屋在爱斯基摩人的生存和发展中，曾起了重要的作用。

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冰棍和冰淇凌



茹自青



　　冰棍和冰淇凌是世界各国人们都喜欢的止渴解暑食品，当你吃到凉甜可口的冰棍和冰淇凌时，你是否想过，世界上最早制作冰棍和冰淇凌的是哪个国家呢？

　　我国是冰棍和冰淇凌的故乡。早在3000多年前，我国就有用冰解暑的记载。后来皇宫里就有了用奶和糖制成的冰棍。到了元世祖忽必烈时代（大约700多年前），皇宫里又有了类似现在冰淇凌的食品，叫做冰酪。那时，元朝统治者禁止王室以外的人制作冰酪。直到意大利旅行家马可·波罗离华回国前，元世祖才让人把这种珍品的制作方法传给了他。马可·波罗回去后，又把这种制作方法传给了意大利王室，意大利王室把这种方法保密了约300年，到1533年，法国国王和意大利人结婚以后，制作冰酪的方法才由意大利传入法国。1777年美国纽约大街上才有了冰淇凌广告。

　　我国古代劳动人民的解暑食品是冰核，直到清代，每当盛夏到来之际，北京大街上还有人卖冬天入窖保存下来的天然冰块──冰核。大约在1935年，北京有人想出了“绝招”：先把天然冰放进一个大木桶里，加入运量的食盐，这样的木桶就成了一个“土冷冻室”。再准备许多圆柱形小铁筒，每个小铁筒里都装满加了香料和糖的水，并插上一根木棍。然后把一个个装满糖水的小铁筒放进“土冷冻室”──大木桶里，封闭起来冷冻，经过半个小时后，小铁筒里的糖水就冻结成了冰棍。由于这种消暑食品很受顾客的欢迎，所以很快在前门大街就出现了专售冰棍的商店。

　　为什么把食盐放到天然冰里混合后能使圆柱形小铁筒里的水结成冰呢？这是因为许多纯净物质一旦掺入杂质，它的凝固点就会降低。放在大木桶里的天然冰，加入适当的食盐，就会因凝固点降低而熔解；冰熔解时要从小铁筒的水中吸热，小铁筒的水就会放热冻结成冰。这就是制作冰棍的道理。

　　当然，在现代，人们已经能用各种先进的致冷设备来制造冰棍和冰淇凌等冷食了。

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“神刀断案”之谜



茹自青



　　传说，从前在一个部落里，丢了一件宝贵的东西，谁是贼呢？为了抓到这个隐藏的贼，部落的头人把有嫌疑的人都叫来，对他们大声说：“神知道谁是罪犯。来人呀！把神刀拿来，请神刀破案。”只见一条大汉答应了一声，便从火炉中夹出一把烧得通红的大刀，把它架在人们面前。

　　头人又厉声喝道：“你们每个人都要用舌头去舐一下！神刀只惩罚罪犯，决不会烫伤好人！”

　　第一个人没有做贼，他相信神刀不会烫伤自己，便坦然地走上前去，毫不害怕地伸出舌头舐了一下通红的人刀。只听见滋拉一声，他把缩回的舌头重伸出来给大家看。奇怪，他的舌头果真没有严重的烧伤。

　　许多没罪的人都舐过了，他们的舌头都没多大问题。轮到那个偷东西的人，他做贼心虚，舌干四燥，满头大汗，心惊胆战地走到大刀前一舐，滋拉一声，他的舌头被烫坏了。

　　据说，直到近代，非洲有些地方依然用这种办法来分辨罪犯和好人。

　　“神刀断案”果真是神仙显灵吗？不是，原来这里有一定的科学道理。

　　1756年，科学家莱顿弗里特做过一个有趣的实验：他把一把铁勺在炉火中烧得通红，然后把一个小水滴滴到这把铁勺上，看！那水滴居然悬浮起来了，这一滴水大约持续了30秒。为什么水滴会悬浮起来呢？原来，当金属温度相当高的时候，下落的水滴一接触金属，它的底部马上汽化，汽化的蒸汽来不及跑掉，便形成了一个蒸汽层，这个蒸汽层使水滴悬浮起来。由于水汽不容易导热，水滴暂时得不到更多的热量，汽化的速度就慢些了。

　　“神刀断案”的秘密不在于神，而是跟唾液的多少和唾液的蒸发有关。

　　每个人的口腔里都长着唾液腺，它们不断地向外分泌唾液，滋润着口腔。成年人每天可分泌约1．5升唾液。有趣的是唾液分泌的多少跟人的心理状态关系很大。当人心情紧张、惊慌时，唾液分泌量减少，往往使人舌干口燥，甚至嗓子都会发干变哑。当人心情平静时，唾液分泌正常，口腔保持一定的湿润程度。

　　没有偷东西的人，心情泰然，唾液充分。他们去舐神刀时，唾液立即蒸发，形成蒸汽保护层，使舌头免于烧伤。偷了东西的人，心情紧张，舌干口燥，没有足够的唾液吸热汽化，也不能形成蒸汽层来保护舌头，所以他的舌头被烫伤了。

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呵气和吹气



赵廷凯



　　北方冬天的室外，气温很低，手冻得难受，这时人们习惯向手上呵气，这样能使手感到暖和些。而当我们从锅里拿刚出笼的馒头，手烫得难受时，又习惯向手上吹气。为什么呵气时感到暖和，而吹气又会解除烫感呢？

　　原来，冬天在室外，人手的温度较低，从嘴里呵出的气温度较高，呵出的气速度缓慢，这时热量从呵出的暖气向冷手上传递，提高了手的温度，使手感到暖和。

　　刚出笼的馒头温度高，用手接触它后，使人产生烫感。当你向手上吹气时，吹出的气速度快，促进了空气的流动，因而加快手上水分的蒸发，水分的蒸发又会从手上吸收热量。这就是吹气使人解除烫感的原因。

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是“水”还是“汽”



田世昆



　　锅里的水烧开以后，锅盖周围冒出一团团“白气”。这“白气”是什么？“白气”从喷出到消逝经过哪些物理过程。

　　仔细分析一下，“白气”从喷出到消逝要经历三个物理过程：

　　第一，从锅里喷出来的是水汽化后形成的水蒸气，是气体。由于锅附近温度比较高，水蒸气仍然保持气体状态，肉眼看不见它们，所以，靠近锅边的地方，我们什么也看不见。

　　第二，水蒸气离开锅边一段距离以后，这里的温度比锅边处低，水蒸气温度降低后，就凝结成微小的水珠，这是液化现象。小水珠是看得见的，这就是我们看到的雾状的“白气”，所以“白气”实质上是液态小水珠，并不是气体。

　　第三，雾状的水珠进一步向外升腾，分散到干燥的空气中，再一次蒸发，这又是一次汽化现象，又成为水蒸气，所以离锅远处，我们又什么也看不见了。

　　简单地说，水烧开后水蒸气从喷出到消逝，它的变化过程是：水蒸气──小水滴──水蒸气。

　　明白了水烧开后冒出“白气”的道理，请你考虑下面两种现象该怎样解释：。

　　（1）冬天在室外可以看到人呼出“白气”，而在夏天却看不见，为什么？

　　（2）夏天从冰箱里取出冷冻物品可以看到冒“白气”，而冬天却看不见，为什么？

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临界温度及“气”与“汽”的区别

石文耀

我们常在有关书籍和报刊中看到：蒸汽、汽轮机、汽化……这些词中的“汽”有水旁；而气球、氧气、空气这些词中的“气”没有水旁。这是为什么，要说明这个问题，还须从物质的临界温度谈起。 　　要使物质由气态变为液态可以用加大压强和降低温度的方法。但这种方法能否使所有的气体液化呢，早在19世纪中叶，包括法拉第在内的许多科学家在这方面做了大量的研究工作，二氧化碳、氯化氢等气体相继在他们的实验室里变成液体。但是氧气、氮气、氢气等一直不能被液化。于是，人们不得不把这些“顽固派”称为“永久气体”。 　　1869年，科学家发现了一个有趣而且有很高科学价值的现象：要想加压使二氧化碳液化，必须使它的温度等于或低于31．1℃；高于31．1℃时，压强无论怎样加大，也不能使它液化。实验表明，氯化氢、氨气等气体也有自己的“特殊温度”，只不过氯化氢是51．5℃，氨气是132℃罢了。这时，科学家明白了所谓“永久气体”氧气、氮气等也有自己的“特殊温度”，只有将它们的温度降低到这个“特殊温度”，加大压强时才能使它们液化。但是这些气体的“特殊温度”很低，当时还达不到这样低的温度，所以无法使它们液化。随着低温技术的不断提高，“顽固派”也一个个被液化了。1908年，氦气最后也被化了。每种物质的“特殊温度”叫做这种物质的临界温度。下表列出了一些物质的临界温度： 物　　质 临界温度（℃） 物　　质 临界温度（℃） 氦 －267．9 氯化氢 51．5 氢 －240 氨 132 氮 －147 氯 144 氧 －118．8 乙醚 194 甲烷 －83 乙醇 243 二氧化碳 31 水 374 　　通常把在临界温度以上的气态物质写作“气”，对“气”压缩时，它不可能被液化；而把临界温度以下的气态物质写作“汽”，对“汽”加压有可能被液化。同一物质的“气”和“汽”在分子组成上没有什么不同，因此气和汽并没有严格的区别。出于习惯，人们常把室温下处于液态的物质如水、酒精、汽油等的汽化物写作“汽”。