破壞力強大的閃電能用來造福人類嗎，比如電解水？| No.182_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-11-22 13:46
閃電，
是一道光
常在你猝不及防的時候
閃瞎我們的眼睛
問題來了
能用閃電的放電過程實現電解水嗎？
1
Q
在深山老林，周圍沒有任何基站，怎麼撥打衞星電話？
by 風蛙
A
衞星電話並不依賴基站來和通信網絡取得聯繫，它們其實和平時的手機通信有很大的不同。對於我們平時日常使用的智能手機，數據實際上是經過了“手機-基站-通信網絡-基站-手機”這個路徑；而衞星電話撥打智能手機的時候數據經過的是“衞星電話-通信衞星-通信網絡-基站-手機”這個路徑。所以，只要頭頂有衞星，就能連接上通信網絡。
衞星電話連接衞星的原理和手機連接基站的原理是類似的，都是在某一特定的頻率上使用電磁波進行通信。有區別的地方是：手機和基站之間的距離相對衞星電話和通信衞星之間的距離比較近，所以手機對於天線和信號強度的要求較低。衞星電話因為要和頭頂上遙遠的衞星進行通信，所以必須配備超大電池（因為要高功率發信，耗電很大）和超大天線（天線大信號才能好）的，所以某種程度上我們可以説，衞星電話是通信能力被大幅強化的電話。看看這碩大的天線和感人的價格，信號能不好嗎。
By Luna
2
Q
怎樣讓硬幣飄在水中 ？
by 殷啓揚
A
這次又是和水的張力相關的問題呢，靈魂畫手君再次上線～
首先我們先來看一下水的張力是如何讓硬幣漂浮在水面上的：
如圖所示，把硬幣放在水面上之後，水面張力會提供給硬幣一個向上的力（藍色），這個力和硬幣受到浮力的合力與重力（紅色）抵消，就能夠讓硬幣“浮”起來。
那麼問題來了，具體如何操作才能讓硬幣浮起來呢？首先是選擇一個足夠輕的硬幣，一分或五分的硬幣都是很容易浮起來的。其次保證水足夠純淨，因為純水的表面張力比較大，肥皂類可以降低水的表面張力的表面活性劑，千萬別加哦～
最後一步比較關鍵：如果把硬幣往水裏一扔，那麼硬幣肯定會因為慣性直接墜入水中。一個比較合適的做法是，非常緩慢地把硬幣放在水面上。同學們可以試着用鑷子或者彎曲的鐵絲/回形針，夾着或者從下面託着硬幣，緩緩把硬幣平放在水面上，這樣一般就能成功啦。實在不行的話建議親換個硬幣多試幾次哦。
By Luna
3
Q
鉛筆畫的線為什麼能導電？
by 匿名
A
鉛筆芯是用石墨粘土混合製成的，而石墨可以導電。寫字的時候，實際上是通過摩擦把石墨塗抹在了紙張表面，所以使用鉛筆畫出來的線實際上是石墨和粘土的混合物，當石墨顆粒相互接觸，形成完整的導電通路時即可導電。
然而，同學們如果試着做實驗，使用鉛筆線點亮小燈泡的時候，可能會發現導電性能不是很好，有的時候小燈泡亮，有的時候不亮。這是因為石墨線是薄薄的一層，如果石墨被粘土打碎，對石墨的導電性能有很大影響。由於鉛筆的主要成分是石墨，而石墨是導體，所以鉛筆芯是可以導電的。然而鉛筆芯的導電能力卻並不是非常強。因為石墨的原子結構排布，決定了它只能二維導電，即在同一平面的兩點間是導電的，而平面的上下兩面間是不導電的。鉛筆芯中的石墨是被碾碎後於黏土混合而成，所以原子結構被打亂，因此導電性能並不十分出眾。在實驗中，接入2B鉛筆芯長度超過15cm，則小燈泡不發光。（電壓5V左右）。
同時，導線和鉛筆線上的石墨的具有很大的接觸電阻，接觸電阻是材料物理實驗中測量材料導電性能的時候不可避免的問題之一。實驗中燈泡如果點不亮的話，可以試試改用發光二極管，非常微弱的電流就能點亮發光二極管，比小燈泡容易點亮得多，成功率會升高哦，同學們可以試試～
By Luna
4
Q
為什麼不做一個連着避雷針的大水柱，把閃電的能量用來電解水 ？
by 孔萌浩
A
雷電是比較常見的自然現象，值得注意的是，雷擊的特點之一是真正放電的時間非常短，雖然電壓很高，電流很大，但放電轉移的電荷量卻很少。平均來説，雷擊的電流為30000安培，而一次雷擊傳導的電荷量卻僅為15庫倫。換算一下就可以知道，一次雷擊的總放電量只夠電解約10-4mol的氫氣。這個數量實在是太少了，完全不夠看，而建造一個避雷針和大水柱的成本遠高於此。同時雷電由於其發生地點和時間的隨機性，沒有有效的控制手段，所以利用收集雷電的能量來電解水不是經濟可靠的選擇。
參考：維基百科-閃電
By Luna
5
Q
有可能通過聲音不在真空中傳播的特性，製造一種“真空耳塞”來幫我們獲得高質量的靜音嗎？
by 皮皮老師
A
一般來説，要想隔音效果好，那就得用個軟而疏鬆的材料（容易讓聲波/機械振動耗散掉），比如常見的海綿耳塞。如果我們希望用真空替換裏面的一部分海綿，我們就會意識到，不對啊，海綿怎麼能創造出一部分真空呢？那就試着換成硅膠耳塞吧，用硅膠做個真空腔。然後我們又會發現，這個真空腔會在外界的大氣壓的作用下消失，就像我們希望把氣球中間抽成真空的時候一樣，實際上氣球會因此癟下去。所以我們如果希望能讓這個真空腔體維持，那就必須要用一點強度足夠的材料，比如金屬？等等……金屬傳聲性能不是反而比氣體更好了嗎？
使用真空進行隔音確實是一個好的想法，但是隨之而來的，是提高了許多許多倍的設計難度和加工難度。目前使用真空進行隔音確實已經有了一定的應用，比如隔音玻璃，但其中也產生了很多問題。想使用真空進行完美的隔音並不是容易的事情，歸根結底，這是設計生產成本-材料強度-隔音效果之間的矛盾。
By Luna
6
Q
為什麼觀察干涉現象要投在一個屏幕上呢？我們的眼睛不能直接觀察嗎？
by 匿名
A
人眼和接收屏的區別很大：人眼在光學意義上是組合元件，視網膜才算接收屏。在雙縫干涉中，人眼和屏都可以完成將光強的空間分佈顯現出來的功能。
從干涉的定義來看，光的干涉就是光的相干疊加，並不一定需要投在屏幕上我們才能進行觀察。我們可以直接舉一個具體的，用肉眼觀察光的干涉現象的例子。我們日常生活有的時候看向雨後的地面會看到這樣的圖案：
（圖源wikipedia）
這個彩色環的出現的原因就是光的薄膜干涉。
如圖所示，油-空氣界面的反射光和水-油界面的反射光相干疊加，根據油膜厚度的不同，有些波長的光相干相長，有些波長的光相干相消，在我們看來就像油有了繽紛的色彩一樣，是不是很神奇啊～
By Luna
7
Q
為什麼踩雪時會有吱吱聲？
by 超級黑洞
A
如果我們注意一下就會發現，下雪之後比較蓬鬆的新雪地容易踩出聲響，雪開始化了之後聲音就不大了。對此就產生了一種解釋：因為新下的雪相對蓬鬆，內部有很多小小的空洞和縫隙，人踩上去的時候，人體的重量很容易把雪層壓塌。內部空隙坍塌的時候，相對大塊的雪粒之間相互摩擦，就會發出吱吱的聲音。相應的，雪被踩實之後也不容易踩出聲音了。
或者你可以認為是你踩雪的時候把雪踩疼了?(ˉ?ˉ?)（並不）
By Dannis
8
Q
為什麼《大耳朵圖圖》裏面的圖圖耳朵會動？
by 匿名
A
《大耳朵圖圖》可謂是我們這一代兒時的經典回憶了。除了圖圖善良可愛的形象之外，這部動畫片讓人印象最深的當然是圖圖的絕技“動耳神功”了。動耳神功究竟是怎麼一回事呢？
細心的朋友在生活中會注意到包括小狗小兔子在內的許多哺乳動物都具有“豎起耳朵”的技能，那是它們在利用耳朵附近的肌肉牽動外耳，
從而可以接受來自四周的聲波。而人類的這部分肌肉一般已經退化了，所以做不到像前面那些動物一樣“大幅度動耳”。但是也有一些人的這部分肌肉相對發達一些，所以也可以通過肌肉小幅度牽引耳朵動起來。當然像圖圖那樣的“動耳神功”屬於藝術誇張了。
最後悄咪咪説一句，小編的耳朵也可以動……（不過是前後小幅度地）個人感覺就是通過耳後的肌肉來控制的(●—●)
By Dannis