第九课

作者: Hao思嘉 | 来源:发表于2022-07-29 10:39 被阅读0次

    今天是安安的生日,为了不影响晚上的课,遂将安安期待已久的生日party放在中午。聚会、游戏、美食、唱生日歌、吹蜡烛许愿、礼物,甚至聚会结束给朋友们带走的“惊喜小纸袋”都准备的妥妥当当,一样不差,安安表示很满意。

    今天我们依然观察、讨论物态变化。准备了两只150毫升的透明航空杯,一杯倒入100毫升左右的常温水,一杯空着,取相同质量的两块冰分别放入两个杯子当中,观察会发生什么变化。

    很快,常温水中的冰块迅速融化,杯壁被一层薄薄的雾气覆盖,并汇集成水滴延杯壁流下,用手摸一摸,冰冰凉。空杯子当中的冰块也在融化,不过比较而言就慢很多,杯壁的温度几乎没什么变化。庞老师让大家说说观察到的现象,用学过的知识来解释一下这个现象形成的原因。晓薇老师到底是专业人士,提出一个“介质”的概念。在这个冰块融化事件当中,常温水作为一种介质,传递给冰块的能量是迅速且全方位的。而空气与之比较起来,导热性就低的多(每一种介质的导热性是否可以用一个数值来表示?这是一个问题)。通过水这种介质,结构化的冰变成了无序状态下的水分子,体积也随之变小,想想这个过程就觉得很迷人。

    庞老师还让我们观察冰在塑料板和金属铝板(颜色、大小皆同)上融化速度有何不同?金属铝板完胜。有同学注意到两块板除了质地之外,大小、颜色、形状都是一模一样的。庞老师又给我们引入了几何上的全等概念,不管是平移、旋转还是对折,两个图形均能完全重合即全等。反映在物理学上就是能量守恒,所以说数学是物理学的抽象表达。

    说到能量守恒,就能理解为何冰箱内部气温比室温低很多(一般冷冻柜工作温度为零下18度),而冰箱两侧摸起来却是热的,至少比室温要高。压缩机对氟利昂做功,让其瞬间释放出能量,温度迅速下降。自然状态下的蒸发也是降能的过程,只不过通过压缩机对其人为干预让蒸发的速度加快很多倍。能量去了哪里?就是通过冰箱两侧散发出去了。

    庞老师说沸腾也是降能的过程,有些难以理解,沸腾明明是释放出能量嘛。回忆一下,如果将煤气关掉,沸腾是不是立刻停止了(除非陶瓷这种特殊材料制成的容器还会让沸腾保持一分钟左右)?高压锅的工作原理就是将沸腾控制在有限的空间内,让能量的流失减少到最低,最大限度地作用于需要加工的食物上吧?

    随时提问是我们这个课程最让人喜欢的地方,回答问题的可能是庞老师,也有可能是其他同学。我今天的问题是:同样是因为太阳照射将空气中的水分子蒸发到空中,遇冷凝结成水滴,为何有的时候是下雨,有的时候是形成露水附着在花草树木建筑上,甚至有的时候是冰雹呢?原来,这些现象有的时候与水分子的数量有关,当数量有限的时候会形成露水,数量足够的时候形成雨云落下;当水分子到达一定高度的时候,零下几十度的气温让其直接凝化成冰块,而这些冰块因为地球引力下落的过程中所获得的热量不足以让其融化成液体,这个时候,我们看到的就是冰雹。大家在热烈的讨论这些现象的时候,庞老师笑着总结,所以,整个宇宙就是一个巨大的试验场,能量的获得与流失随时随地都在发生,只不过我们习以为常罢了。

    lili的问题是:她放在衣柜里樟脑丸时间久了就挥发掉了,也是一种升华吧?挥发和升华之间有什么区别吗?还是一种现象的两种表达?庞老师“临时加餐”给大家厘清了这些概念,挥发是物质在同等温度、压强的条件下的“比较属性”,而樟脑丸的消失实际上就是升华。观念、语言与事实,三位一体即逻辑。就像前几天跟庞老师讨论的一个名词:延展性。实际上是两种状态,比如一克黄金可以拉成一公里长的细丝,称之为黄金的延性,延性是一维层面的;包饺子时擀面皮,即为面团的展性,展性属于二维平面。科学并非起源于中国,因此很多中文词汇无法精确表达,融化,溶化,溶解,可能表达的是同一种现象。可是,用了几十年的汉语,习惯于用对应的词汇来描述不同的现象,转变起来有点难度,总是会不由自主地去想某个具体的词汇。

    碘升华冒紫烟的实验很有意境,让人印象深刻。中途盖上盖子,停止加热,凝华现象就发生了,又变成黑黑的一堆。不过我们看到凝结在杯盖上的碘呈针状,就像被磁铁吸引的磁流体,分布均匀,看起来非常动人。晓薇老师小声嘀咕:我做这个实验从来没出现这么好看的碘,都是黑黑的一坨,有点不服,有点沮丧,莫名觉得有点可爱哈哈哈。

    我们还了解到舞台效果“烟雾缭绕”用的是氮气而非二氧化碳,虽然二氧化碳也能产生类似的效果,但二氧化碳比空气重,吸入过量二氧化碳会导致血液中酸中毒,氮气比空气轻,不会有这样的顾虑。一氧化碳中毒是因为其夺走了血液中的氧,让人窒息。不管是一氧化碳还是二氧化碳中毒,都是在人体内发生化学反应所致。

    快下课了,安安跑过来,将小手放到装融化成水的杯子里,提出一个新问题:妈妈,为什么我的手指到了水里就变粗了呢?

    这是一个好问题。

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