如何用筆芯製造鑽石？| No.162_風聞

原創：中科院物理所

據説鉛筆筆芯可以變為鑽石？

但仔細想想，還是很有可能的，

因為鉛筆芯和金剛石的化學組成元素都是碳，

（小編真棒化學學的賊好）

然後如何將筆芯變為鑽石呢？

這還不簡單，

比心（筆芯）就好了呀！

請問，你收到小編給你的鑽石了嗎？

1

Q

為什麼躺在涼蓆上會感覺到涼意呢？

by 海鳥果

A

涼蓆之所以可以讓你感到涼意，首先是因為它確實比你的身體涼。你可能有過這種體驗，就是如果天氣特別熱的話，涼蓆也會失去作用。只有當涼蓆自身就比較涼時才會起作用，你可能會問了，牀單的温度和涼蓆是一樣的，為什麼牀單不會讓人覺得有涼意呢？原因就在於熱容的不同，由於牀單熱容低，它和身體接觸時，儘管熱量會被牀單吸走，但是很少的熱量就能使它温度明顯上升，導致體感温度上升，妨礙它進一步吸熱。涼蓆就不同了，它需要比較多的能量才能讓温度明顯上升。如果涼蓆被躺熱了，翻個身繼續睡就可以了。

By Nothing

2

Q

高考中金屬探測儀的原理是什麼？

by feather

A

金屬探測儀利用了電磁感應的原理。當通有交變電流的線圈靠近金屬物體時，線圈產生的變化磁場會使金屬產生渦流，渦流又會產生磁場，反過來影響線圈的磁場，進而引發探測器發出蜂鳴聲報警。考場中使用的手持式金屬探測儀只有一個線圈。一些用於其他場景的金屬探測器有兩個線圈，分別是發射線圈和接收線圈。顧名思義，發射線圈的作用是產生變化的磁場，接收線圈則屏蔽了發射線圈的磁場而只接收金屬中渦流產生的磁場。從金屬探測儀的原理中可以發現，只有導電性強的物質（比如金屬）才能被探測出來，並且金屬探測器無法分辨出具體是哪一種金屬及其形狀大小，因此火車站還會讓大家的行李過安檢傳送帶，應用的是射線檢測。

By 重光

3

Q

影子可不可以是彩色的？

     by 無槳靠浪

A

影子可以是彩色的，見下圖。

圖片來源：索尼探夢

這需要利用到色光三原色的原理，下圖是色光三原色的顯色模式，在接下來的分析中需要用到。

　　　圖片來源：Wikipedia

如圖所示，為了簡化，將物體抽象成了一條線段，紅綠藍三個光源抽象成了點光源。從圖中可以看到，A、C、E、G四個區域能被三個點光源照射到，是白色的，而B、D、F分別是藍、綠、紅三個光源的陰影區。B區缺少藍光，但可以被紅光源和綠光源照射到，根據三原色的成色模式，紅光和綠光疊加是黃光，因此B區是黃色的。同理，D、F區分別是洋紅、青。如果要獲得色彩更豐富的影子，可以將圖中紅綠藍三個光源相互靠近一點，使各自陰影區相互重疊（這樣可以得到紅、綠、藍三種顏色的影子），並且改變光源的強度。

By 重光

4

Q

人類若同步同向走路，能否擾亂地球的自轉？

by 佚名

A

顯然這個問題無法通過做實驗來解決，那麼我們只能通過設定一些理想的條件來計算這個問題了。假設地球是一個剛體且有70億人，人均體重50kg，又假設所有人都在赤道上往一個方向以5km/h的速率順着地球自轉方向行走（不要問我赤道上能不能站得下這個多人，我説站的下就站得下）。假設地球質量分佈均勻且為完美的球形。地球質量為5.965*1024kg，半徑6400km。那麼當人開始走動時，由人組成的環繞赤道的環（後面簡稱環）開始轉動，所以它需要從地球中獲取角動量，這樣地球損失角動量導致角速度降低。具體降低多少還需要通過計算得到：通過計算，環的轉動慣量是1.43*1025kgm2，地球的轉動慣量是9.77*1037kgm2，根據角動量守恆可以看到，地球角速度的變化率約為1/10000000000000，雖然地球的自轉角速度確實變化了，但是你説它幾乎沒變化好像也沒什麼問題。

By Nothing

5

Q

現在有沒有一種技術能使石墨在特殊情況下反應成金剛石呢？

by 秀賢

A

石墨看來黑不溜秋，金剛石看起來晶瑩剔透，儘管他們看起來非常不同，但是組成它們的元素都是碳。它們的不同在於內部的原子組合方式不同，石墨是一層一層的，每層石墨只有一層原子，原子之間靠共價鍵鏈接，層與層之間是範德瓦爾斯力，單層的石墨又稱為石墨烯，可以説是最著名的二維材料。金剛石內部的原子全部靠共價鍵鏈接。雖然金剛石很硬而石墨很軟，但是石墨要比金剛石更加穩定。有多種方法可以製造金剛石，它們分別需要不同的條件：

1、直接法。

利用高温高壓直接將石墨等原料直接變成金剛石。

2、熔媒法。

利用高温（1100~3000攝氏度）和高壓（5~10GPa，1GPa相當於10000個大氣壓）通過石墨等碳質原料和某些金屬（合金）反應生成金剛石。

3、外延法。

利用熱解和電解某些含碳物質時析出的碳源在金剛石晶種或某些起基底作用的物質上進行外延生長而成。

4、武茲反應法。

用四氯化碳和鈉在700℃反應，生成金剛石。

By Nothing

6

Q

想知道一節電池是怎麼確定電動勢的，或者是説為什麼設計好之後電池就剛好有這麼大的電動勢，這與哪些控制因素有關？

by 孜然

A

電池的電動勢其實是電池內部各相界面上所形成電勢差的代數和。電池內部有三種電勢差，接觸電勢差，液接電勢差和電極與電解質界面間的電勢差。接觸電勢差是由於不同金屬的費米能級不同，需要依靠接觸電勢差來補償費米能級的差異；液接電勢差是兩種不同電解液，或者同一種電解液但是濃度不同的溶液接觸產生的電勢差；在電池中，接觸電勢差和液接電勢差都很小，電動勢主要受電極與電解質界面間的電勢差影響，該電勢差與電極和電解質有關。

以大家很熟悉的鋅銅原電池為例，在標準狀況下，相對於氫標電極電勢，Zn2+/Zn為-0.7628V，Cu2+/Cu為0.3402V，那麼可以得到標準狀況下，鋅銅原電池的電動勢是0.3402-(-0.7628)V=1.1030V，當然隨着反應的進行，電解質中組分的活度不會一直維持在“1”，因此實際情況中，鋅銅原電池的電動勢是要應用能斯特公式來計算的。

總結一下，一節電池的電動勢主要與正負極的電極電勢之差有關，電極的電極電勢是由電極本身決定的，選定了電極與電解質，那麼電池的電動勢也就確定了。

By 重光

7

Q

圓周率是如何被算出來的？

by 匿名

A

圓周率被定義為圓的周長和直徑之比，它可能是被用的最多的常數之一，但是它是怎麼得到的呢？下面我們用三種方法計算圓周率的值：

1、以直代曲，層層逼近。做出圓的內接正三角形，計算三角形周長，用三角形周長代替圓的周長。接下來做圓的內接正方形、正五邊形、正六邊形等等，邊數越多，多邊形越像圓，計算得到的多邊形的周長和圓的周長越相近。只要多邊形的邊數足夠多，就可以得到足夠精確地圓的周長，進而得到足夠精確地圓周率。劉輝計算出圓周率等於3.1416的結果用到的多邊形是3072邊形。祖沖之計算出圓周率等於3.1415926的結果用到的是16384邊形。

2、概率法。做圓和它的外接正方形，圓的面積是πr2，正方形面積是4r2。向這個圖形上隨機扔一些豆子，由於兩者面積之比是π/4。所以落入兩者的概率之比是π/4，統計落入圓和正方形中豆子的個數，兩者之比正是π/4的近似值，扔的豆子足夠多就能得到很精確的圓周率的值。

3、格雷戈裏 - 萊布尼茨無窮級數法。感謝數學大神給出公式：π=3+4/(2*3*4)-4/(4*5*6)+4/(6*7*8)-4/(8*9*10)………只要計算的項足夠多就能得到圓周率很精確的近似值。

當然，圓周率得計算方法還有很多，大家可以自行尋找。

By Nothing