科普专栏

为什么手机不会对充电宝“反向”充电呢?

来源: 中科院物理所2020.1.10       发布时间:2020-01-10       浏览:200


1
Q

为什么子弹出膛后后坐力使枪头转向上而不是向下??

by 匿名

A

这和枪支的设计有关系:在几乎所有枪支中,握把的高度低于枪管的高度,这是子弹出膛后,后座力让枪口抬起的原因。

 

如上图所示:子弹出膛以后会在枪管处产生一个方向与子弹出膛方向相反的力,这个力就是后坐力。图中蓝色的方块是握把,人总是试图用手握住它让它固定以保证射击稳定,我们不妨假设人牢牢的握住了握把,也就是忽略后坐力引起的握把的位移,在这种情况下,握把相当于一个转轴。而后坐力会产生一个相对于这个转轴的力矩,那么就不难得到后坐力会让枪体逆时针旋转的结论。而这种逆时针的旋转就会导致枪口的抬起。

By Luna

 


2
Q

水晶作为饰品真的有“磁场”吗?

by 匿名

A

水晶是二氧化硅晶体(有可能含有各种矿物杂质)。

 

 

二氧化硅的晶体结构(白球是硅原子,红球是氧原子)

纯净且良好结晶的水晶是透明的。如果还含有其他杂质,尤其是金属离子,那就有可能呈现出各种颜色。如果结晶得很糟糕还含有各种各样的杂质的话,那就是传统意义上的沙子——沙子的主要成分也是二氧化硅。

部分商家宣称水晶会产生磁场,对人类有什么奇妙的作用,还散布什么水晶饰品需要消磁才能戴之类的言论,这些都是没有科学依据的观点。任何单个原子都会产生极为微小的磁场,不只是水晶/二氧化硅,任何物质都会产生(因为组成物质的基本粒子都是有自旋的,有自旋就会产生磁场)。这种磁场的尺度是原子级别的,这么微弱和小尺度的磁场不会和人类的生命活动产生联系。而在介观到宏观的尺度,水晶是几乎没有磁性的。我们虽然可以用磁铁吸引铁屑,却无法用磁铁吸起沙子,就是这个原因。

综上所述,水晶作为饰品,是没有磁场的。

By Luna

 


3
Q

为什么用充电线连接手机和充电宝后是充电宝给手机充电不是手机给充电宝充电?

     by 匿名

A

从物理学的原理思考的话,两个电容串联在一起,具有高电压的电容就可以给低电压的电容充电。因此在我们的日常生活中,特定情况下就会出现手机反向给充电宝充电的情况,这得看具体的手机型号,因为不同的手机有不同的电源管理系统(软件和硬件),所以有的手机/充电宝就允许反向充电有的就不允许。

回到原来的问题,为什么充电宝会给手机充电呢?因为充电宝的输出电压高于手机电池的输出电压,而每个设备具体的输出电压是多少,是由这个设备的电源管理系统/电路控制的。充电宝的设计目标就是给手机等移动设备充电,所以它的设计就要求,充电宝正常工作的时候,在电路的控制之下,要让充电宝的输出电压大于手机电池的标准电压,只有这样才能充上电。

By Luna

 


4
Q

营养成分表中的能量是如何测出的?

by 匿名

A

生活中,我们常常会注意到食品包装袋上的营养成分表,如下图所示。

 

对于想要减肥瘦身的小伙伴们,一定会有这个疑惑:营养成分表中的能量优势如何计算的呢?

食物中的热量来源主要分为三种,蛋白质、碳水化合物以及脂肪。蛋白质的热量是增强肌肉的基础营养素,主要源于肉类、乳制品和蛋;碳水化合物的热量是人体在正常情况下的主要能量来源,含于米饭、面粉、面条、面包、麦片、蔬菜和水果中;脂肪含于油、奶油中。

每克蛋白质可产生23.64kJ(合5.65千卡)的热量,但由于蛋白质在人体内无法完全氧化,其代谢产物包括尿素、尿酸和肌酐仍含有部分能量(约5.44千卡),每克碳水化合物可产生17.15kJ(4.1千卡)的热量,每克碳水化合物可产生39.54kJ(9.45千卡)的热量,同时考虑各种物质在体内的消化率,蛋白质92%,碳水化合物98%,脂肪95%,每克蛋白质、碳水化合物、脂肪分别产生449千卡的热量。因此只要知道食物中这三种物质的含量,就能估算出食物中的能量了。

上图营养成分表中每百克能量估算如下:

24*4+36.8*9+33*4=559.2千卡=2339.7kJ,约为2400kJ

By 勿用

 


5
Q

物质是否可燃取决于什么结构??

by 匿名

A

一般语境下,燃烧的定义是:可燃物与空气/氧气发生的氧化还原反应。

在这个氧化还原反应中,空气/氧气作为氧化剂得到电子,而可燃物作为还原剂失去电子。如果我们假设温度足够高以忽略掉所有能垒所产生的效应,那么所以这个氧化还原反应是否可以发生的判据就由反应前后反应物的自由能提供。

通俗点说就是,燃烧后的那一堆物质的自由能低于反应前的那一堆物质的自由能,那就能反应。在判断化学反应是否能发生的自由能判据中,自由能中的能量项起了主导性的作用。一般来说,反应物的总能量如果比较高,而生成物的能量比较低,那反应就可以发生/容易发生。

所以促进氧化还原反应发生的结构,主要是那些断开并和氧化物原子结合以后,产生新物质总能量反而更低的化学键。

比如C-C键,C-C键的键能是346kJ/mol,O-O键是142kJ/mol,C-O键是358kJ/mol,C=O键是799kJ/mol。不难发现,把C-C键拆开并重新和O组合往往会得到能量更低的物质,所以C-C键在燃烧中也就很难稳定。类似的化学键是燃烧的主要动力。

By Luna

 


6
Q

光为啥沿直线传播??

by 匿名

A

光沿直线传播是费马原理(Fermat principle)的推论。光在指定的两点间传播,实际的光程总是一个极值,也就是说,光沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播。这是几何光学的一个最普遍的基本原理,称为费马原理。一般地,当光在均匀各向同性折射率为常数的介质中传播时,按照费马原理,光的路径就是直线。

这个问题在量子力学层面有另一种解释,就是费曼的路径积分。通过所有可能发生的情况求和来描述量子的不确定现象(通过拉格朗日函数可以计算),而量子波函数的坍缩,表示为一个拥有所有可能的物理系统向一个唯一能确定的结果演化。这里面,费曼引入了经典力学的作用量概念。大概意思是说,在一个已知初始状态与最终状态的系统里,系统会以作用量最小的方向演化,这被称为最小作用量原理。在费曼看来,在同一均匀介质中,两点之间光并不只沿一条路径传播,而是同时沿着所有可能的路径传播。但由于波动性,光会在所有可能的路径上自相干涉。几乎所有路径上的光都会因为相位差异而相互抵消,只剩下最短的一条路径,因为不同路径的相位差在这里会最小,不会完全抵消,而留下一条直线的完整波动。所以我们看到的光是最短路径的直线传播。

By 懒懒的下午三点半

 


7
Q

有没有不含金属的镜子?

by 匿名

A

有的,但是性能不一定好。

镜子的用途就是反射光(镜面反射,需要镜子的表面足够平整),所以镜子对(可见)光的反射率越高,镜子的表面越平滑,镜子的性能越好。因此,制作镜子的材料需要满足一些性质:存在方便地制出极为光滑的平面的方法,对可见光的反射率非常高。相当多的金属单质天然满足这两个要求,其中银、铝等金属在可见光波段的反射率接近100%

但是如果我们对镜子的性能没那么苛求,完全可以学习一下几万年前古人类照镜子的方式。低头望向无风而平静的池塘,或者一盆清澈的水,我们也有机会看到自己脸的倒影。这是因为水也有一定的对可见光的反射率,而且只要水面平静,那么镜面也就足够光滑。这就满足了作为镜子所需要的两个性质。但是和金属,尤其是银、铝相比,水的反光性能差的实在是太多。

除此之外,塑料、陶瓷(比如某品牌手机的后盖-笔者有的时候会拿它照镜子-捂脸)、玻璃(手机屏幕中常常映出玩手机的自己的脸)的表面,都可以具有一定程度的反光性能,而且把材料表面做光滑的技术难度也不高,但是反光率依然无法和银、铝制成的镜子相提并论。

金属天生不是镜子,镜子天生是金属。(金属作为反射材料的性能太卓越了,至于为什么金属普遍反光性能如此卓越,那就得需要固体物理理论给出解答了)

By Luna

来源:中科院物理所]

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