鹽的鹹味是哪來的？_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-04-19 14:19
鹽大家都很熟悉，每個人每天都要和它打交道，要是哪天炒菜忘了放鹽，這個菜就會讓人難以下嚥。大家對它的鹹味都很熟悉，但是這個鹹味來自於哪裏呢？
1
Q
液體蒸發時要吸熱，為什麼自身的温度卻降低呢？不矛盾嗎？
by 蓮子
A
首先，我們講一下蒸發時到底發生了什麼？
以室温環境中的水為例，水中的分子有時可以衝破水的束縛從水中跑出來，這就是蒸發的微觀圖像。在水中，分子的速度並不完全一樣，有的分子運動速度快有的速度慢。速度快的分子由於動能比較大所以更有可能脱離水的束縛。所以，蒸發出去的水分子是速度比較高的分子，剩下的是速度比較低的分子。在熱學中，速度低代表的正是温度低，因此，蒸發會導致液體温度降低。液體温度降低後自然就更容易從外界吸收熱量且水温降得越低從外界吸熱越快，直到快速分子帶走熱量的速度和水從外界吸熱速度相同時水的温度便穩定下來（這時水温一定比室温低）。綜上所述，並不是吸熱導致了蒸發，而是蒸發使得體系從環境中吸熱，這樣看，矛盾就不存在了。
By Nothing
2
Q
保温杯是如何保温的？
by Loathe
A
在回答保温杯是如何保温的之前，我們先了解一下熱是如何傳遞的。熱的傳遞方式分三種：對流、輻射和接觸傳熱。其中對流傳熱可以理解為熱水和冷水放在一起後兩者相互混合導致的傳熱；輻射傳熱是物體通過向外輻射電磁波來傳播能量，物體的温度越高輻射傳熱的效率越高；接觸傳熱是兩個物體相互接觸後熱從一個物體傳遞到另一個物體。如果我們可以把這三個傳熱的途徑都阻斷掉那麼就能很好的保持物體的温度。
有了前面的背景，我們可以分析一下保温杯為什麼可以保温：將熱水倒入保温杯並蓋上杯蓋後，外界的空氣將不能和內部環境接觸，對流傳熱將不能發生；由於100度的水並不算很熱，輻射傳熱的效率也不高；最後還剩下接觸傳熱最後一個途徑，可以看到，保温杯並不是單層結構，杯壁上存在真空隔層，正是這個真空隔層斷絕了內部與外部接觸傳熱的路徑。以上就是保温杯可以保温的原因。
By Nothing
3
Q
氣球和肥皂泡裏面明明是空氣，為什麼不會在空氣中一動不動，而會向上飄呢?
by 木兮啊
A
首先，我們在沒有風的環境中討論這個問題。由浮力定律我們知道，一個物體只要它的平均密度和空氣相同那它就能懸浮在空中。
那為什麼氣球和肥皂泡往往不能維持懸浮呢？原因主要有兩個：第一是肥皂泡和氣球除了包括空氣之外還包括外面的一層膜，一般來説，這層膜的密度要大於空氣。另一個原因是，氣球的表皮和肥皂泡的液膜會向內對空氣施力，結果就是內部的空氣被壓縮。我們都知道壓縮後的空氣密度變大（pV=nRT）。綜上，一般情況下，氣球和肥皂泡的密度都要大於周圍的空氣，因此會在空氣中下落。但是，如果在氣球中衝入氦氣等密度較小的氣體的話也可以讓氣球飄起來。
如果在有風的環境中，由於有風的影響，氣球向哪運動就不一定了。
By Nothing
4
Q
為什麼帶電導體處於靜電平衡時，靜電荷分佈在導體表面，而且曲率半徑大的地方電荷密度小？
by Wicked
A
靜電平衡是指導體中自由電子無定向移動（熱運動一直存在），電場分佈不隨時間變化。無論導體帶不帶電，其在外場的作用下，自由電子向電場的反方向做定向運動，由此產生的感應電場與外場方向相反且隨着自由電子增多而增大，直到與外電場相等內部電子停止定向移動，達到靜電平衡。電荷在表面是其定向移動的結果。
導體表面的電荷分佈情況不僅僅與表層的曲率有關，還受導體本身的形狀特性，周圍介質分佈情況以及導體的帶電狀況影響。對於孤立帶電導體而言，定性的規律是：曲率越大，電荷分佈越密集。值得注意的是，電荷密度與曲率之間不存在單一的函數關係。定量的研究比較複雜，有興趣的同學們可以參考：對孤立橢球導體面電荷密度與表層曲率之間關係的研究。其與定性的結論一致。
By Nuor
5
Q
如何擺脱地心引力？
by —眾裏尋你
A
只要你跑的足夠快，地球就抓不住你。
宇宙中每一個物體都以一定的力吸引着每一個其他物體，對於任意一個物體來説，其力的大小為：
對於一個人來説，如果想要擺脱地心引力，根據引力定律，有四種方法。
方法1：將m即地球的質量變為0。要想做到這一步，雖然方法有很多，比如説將地球m離散化，不斷拋出一塊塊到外太空直至質量為0，但這樣實施起來並不簡單，而且可能會成為全人類的公敵。
方法2：將m’即你的質量變為0。對於你本身的質量可能難以實現，但是最簡單的方法是：你的思維是沒有質量的，其本身是不受地心引力影響的，所以，請讓你的思維自由思考飛翔吧（這也可能是成本最低的方法了。）
方法3：將m向m’轉變，這個方法的精髓是將地球的質量轉變為人的質量。你可以努力吃土，等到地球的質量為0，你的質量為m+m’時，你就完全不受地心引力影響了。
方法4：增大r的值，當r趨近於無窮時，F就可以忽略不計了。根據萬有引力定律，當把航天器以超過第二宇宙速度（11.2km/s）發射之後，其就會脱離地球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造衞星。當其達到第三宇宙速度後，其就會脱離太陽系，飛翔浩瀚的宇宙中。
By Nuor
6
Q
很多年一直好奇，人們離不開的食用鹽（氯化鈉）的鹹味究竟是氯離子體現出來的味道還是鈉離子體現出來的味道？
by @mzzxxz
A
簡單回答，目前一般認為氯化鈉的鹹味來自於陽離子——鈉離子，鈉離子被特定味覺細胞上的鈉離子通道輸送進味覺細胞，引起細胞膜內外電勢波動，細胞電位變化使得Ca離子通道打開，Ca離子內流使得神經遞質釋放，激活下一級神經元，神經信號傳遞到中樞，產生鹹味的感覺。
如圖所示，味蕾上的味覺細胞主要有三類，感受鹹味的類膠質細胞、感受甜苦鮮味的受體細胞以及感受酸的前突觸細胞。
吃東西時，食品在咀嚼和吞嚥的過程中分散、裂解，部分分子或離子溶解於唾液中，擴散到味蕾上接觸到味覺細胞。如圖所示，對於感受鹹味的類膠質細胞來説，當鈉離子濃度達到一定程度時，鈉離子與細胞上的特異性通道蛋白（ENaC)結合,進入細胞內部，鈉離子在細胞內富集，細胞膜去極化，鈣離子內流，引起神經遞質釋放，產生神經信號傳導，最終感受到鹹味。
上述機制已經在小鼠細胞上得到實驗證實（Nature 2010, 464, 297-301.），但人體味覺細胞的真實情況尚不明確，其他陽離子比如鉀離子、鈣離子以及陰離子氯離子的影響還有待實驗證實。
By 勿用
7
Q
毛筆的筆頭，浸到水裏，毛就散開；從水裏拿出來，毛就併攏到一起。這是什麼原理呢？
by 笑笑
A
也許擅長書法的你會發現“毛筆的筆頭，浸到水裏，毛就散開，從水裏拿出來，毛就併攏到一起”，也許長髮的你會疑惑“洗頭的時候頭髮為什麼在水中是散開的，而從水中弄出來後卻粘連在一起”，這其中的物理原理是什麼呢？
首先我們假設一個完全剛性的刷子，顯然不管剛性的刷子是浸潤在水中還是拿出來，刷子上的毛是無法聚集在一起的，由此可見，毛筆和頭髮的彈性是其出現聚集的現象的前提。實際上，在不考慮重力及其他因素（比如靜電作用）的影響下，出現這個現象的原因是毛細作用力和彈性作用力的相互競爭。
如圖所示，假設兩個相互靠近的平行擋板，部分浸潤在液體中，如果擋板是剛性的，液體在毛細作用力下上升的高度可以由朱裏定律（Jurin’s law）得到
由朱裏定律可知液麪高度與液體表面張力γ、液體密度ρ以及擋板間距d有關。對於彈性擋板而言，在液體表面張力的作用下發生彎曲，液麪也能上升至一定高度並且這段高度擋板通過液體接觸，這段高度被液體浸潤，形成聚集現象。
下面計算非聚集區域的長度Ldry，聚集區域擋板單位寬度的表面能為
， 形變區域單位面積的彈性勢能與形變區域曲率 的平方成正比，單位寬度形變區域的彈性勢能為
， 那麼總能量為
， κ是彈性體的勁度係數。利用變分法得到最小能量時非聚集區域長度為：
推廣到N個擋板時得到：
當材料和間距固定時，兩個彈性體非聚集區域的長度是一個常數，隨着彈性體數量的增加變長，達到一定數量Nmax時，會出現完全不浸潤，沒有浸潤區域的情況Ldry=L；但數量小於Nmax的情況是可以存在浸潤區域的，因此會出現小於最大數量彈性體聚集為多束的現象。同時彈性體數量一定，當間距相對於長度足夠小的時候，非聚集區域長度也很小，宏觀上會形成聚集現象。這就是為什麼頭髮和毛筆會聚集，並且在非人為干預時會聚集為一縷一縷而非整個同時聚集的原因，只有當間距足夠小時，才會出現整個聚集的現象。
上述模型適用於二維彈性擋板，但可以定性説明毛筆和頭髮這些這些一維物體浸潤後聚集的現象。
By 勿用
8
Q
原子內99.99％都是真空的，為什麼世界不是透明的？
by Z
A
回答這個問題可以從多個角度出發，首先透明的物質是大量存在的，比如大部分的氣態和液態物質。原子內部確實很空，原子核和電子只佔其中很小的體積，但是庫倫相互作用太強了（一個電子和質子之間的庫侖力是引力的1039倍！），導致電子很容易和光發生相互作用，即使他們沒有像我們想象的那樣“對撞”到一起，電子也可能吸收能量匹配的光子。
固態晶體的透光性主要取決於光子能級和禁帶寬度的相對大小，可見光和物質相互作用時，對應的光子能量範圍是1.77eV到3.17eV。當光子能級小於禁帶寬度時，可見光對應的能量不足以使電子發生能級躍遷，物質不吸收可見光，具有透光性。當光子能級大於禁帶寬度時，可以吸收對應能量的光子使電子發生躍遷，顯現出特定的顏色；當禁帶寬度足夠小時，晶體完全不透光，比如金屬。
從另一個角度考慮，如果光子能量足夠大，那麼許多物質都可以是透明的，而這樣就必須要電磁波的能量足夠大，比如X射線能透過許多對可見光不透明的墨紙和木料等。這樣看來，世界的本質其實是透明的，只是人眼的分辨率不夠而已。
By 勿用