為什麼手機不會對充電寶“反向”充電呢？| No.189_風聞

原創：中科院物理所

放寒假了

歸鄉途中必不可少的一件神器

當然就是本期的主角

——充電寶啦！

一寶在手，移動無憂！

那麼，問題來了

用充電寶給手機充電時

為什麼手機不會反過來給充電寶充電呢？

1

Q

為什麼子彈出膛後後坐力使槍頭轉向上而不是向下？？

by 匿名

A

這和槍支的設計有關係:在幾乎所有槍支中，握把的高度低於槍管的高度，這是子彈出膛後，後座力讓槍口抬起的原因。

如上圖所示：子彈出膛以後會在槍管處產生一個方向與子彈出膛方向相反的力，這個力就是後坐力。圖中藍色的方塊是握把，人總是試圖用手握住它讓它固定以保證射擊穩定，我們不妨假設人牢牢的握住了握把，也就是忽略後坐力引起的握把的位移，在這種情況下，握把相當於一個轉軸。而後坐力會產生一個相對於這個轉軸的力矩，那麼就不難得到後坐力會讓槍體逆時針旋轉的結論。而這種逆時針的旋轉就會導致槍口的抬起。

By Luna

2

Q

水晶作為飾品真的有“磁場”嗎？

by 匿名

A

水晶是二氧化硅晶體（有可能含有各種礦物雜質）。

二氧化硅的晶體結構（白球是硅原子，紅球是氧原子）

純淨且良好結晶的水晶是透明的。如果還含有其他雜質，尤其是金屬離子，那就有可能呈現出各種顏色。如果結晶得很糟糕還含有各種各樣的雜質的話，那就是傳統意義上的沙子——沙子的主要成分也是二氧化硅。

部分商家宣稱水晶會產生磁場，對人類有什麼“奇妙的作用”，還散佈什麼“水晶飾品需要消磁才能戴”之類的言論，這些都是沒有科學依據的觀點。任何單個原子都會產生極為微小的磁場，不只是水晶/二氧化硅，任何物質都會產生(因為組成物質的基本粒子都是有自旋的，有自旋就會產生磁場)。這種磁場的尺度是原子級別的，這麼微弱和小尺度的磁場不會和人類的生命活動產生聯繫。而在介觀到宏觀的尺度，水晶是幾乎沒有磁性的。我們雖然可以用磁鐵吸引鐵屑，卻無法用磁鐵吸起沙子，就是這個原因。

綜上所述，水晶作為飾品，是沒有“磁場”的。

By Luna

3

Q

為什麼用充電線連接手機和充電寶後是充電寶給手機充電不是手機給充電寶充電？

     by 匿名

A

從物理學的原理思考的話，兩個電容串聯在一起，具有高電壓的電容就可以給低電壓的電容充電。因此在我們的日常生活中，特定情況下就會出現手機反向給充電寶充電的情況，這得看具體的手機型號，因為不同的手機有不同的電源管理系統（軟件和硬件），所以有的手機/充電寶就允許反向充電有的就不允許。

回到原來的問題，為什麼充電寶會給手機充電呢？因為充電寶的輸出電壓高於手機電池的輸出電壓，而每個設備具體的輸出電壓是多少，是由這個設備的電源管理系統/電路控制的。充電寶的設計目標就是給手機等移動設備充電，所以它的設計就要求，充電寶正常工作的時候，在電路的控制之下，要讓充電寶的輸出電壓大於手機電池的標準電壓，只有這樣才能充上電。

By Luna

4

Q

營養成分表中的能量是如何測出的？

by 匿名

A

生活中，我們常常會注意到食品包裝袋上的營養成分表，如下圖所示。

對於想要減肥瘦身的小夥伴們，一定會有這個疑惑：營養成分表中的能量優勢如何計算的呢？

食物中的熱量來源主要分為三種，蛋白質、碳水化合物以及脂肪。蛋白質的熱量是增強肌肉的基礎營養素，主要源於肉類、乳製品和蛋；碳水化合物的熱量是人體在正常情況下的主要能量來源，含於米飯、麪粉、麪條、麪包、麥片、蔬菜和水果中；脂肪含於油、奶油中。

每克蛋白質可產生23.64kJ（合5.65千卡）的熱量，但由於蛋白質在人體內無法完全氧化，其代謝產物包括尿素、尿酸和肌酐仍含有部分能量（約5.44千卡），每克碳水化合物可產生17.15kJ(合4.1千卡)的熱量，每克碳水化合物可產生39.54kJ(合9.45千卡)的熱量，同時考慮各種物質在體內的消化率，蛋白質92%，碳水化合物98%，脂肪95%，每克蛋白質、碳水化合物、脂肪分別產生4、4、9千卡的熱量。因此只要知道食物中這三種物質的含量，就能估算出食物中的能量了。

上圖營養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，約為2400kJ。

By 勿用

5

Q

物質是否可燃取決於什麼結構？？

by 匿名

A

一般語境下，燃燒的定義是：可燃物與空氣/氧氣發生的氧化還原反應。

在這個氧化還原反應中，空氣/氧氣作為氧化劑得到電子，而可燃物作為還原劑失去電子。如果我們假設温度足夠高以忽略掉所有能壘所產生的效應，那麼所以這個氧化還原反應是否可以發生的判據就由反應前後反應物的自由能提供。

通俗點説就是，燃燒後的那一堆物質的自由能低於反應前的那一堆物質的自由能，那就能反應。在判斷化學反應是否能發生的自由能判據中，自由能中的能量項起了主導性的作用。一般來説，反應物的總能量如果比較高，而生成物的能量比較低，那反應就可以發生/容易發生。

所以促進氧化還原反應發生的結構，主要是那些斷開並和氧化物原子結合以後，產生新物質總能量反而更低的化學鍵。

比如C-C鍵，C-C鍵的鍵能是346kJ/mol,O-O鍵是142kJ/mol,C-O鍵是358kJ/mol,C=O鍵是799kJ/mol。不難發現，把C-C鍵拆開並重新和O組合往往會得到能量更低的物質，所以C-C鍵在燃燒中也就很難穩定。類似的化學鍵是燃燒的主要動力。

By Luna

6

Q

光為啥沿直線傳播？？

by 匿名

A

光沿直線傳播是費馬原理（Fermat principle）的推論。光在指定的兩點間傳播，實際的光程總是一個極值，也就是説，光沿光程為最小值、最大值或恆定值的路程傳播。這是幾何光學的一個最普遍的基本原理，稱為費馬原理。一般地，當光在均勻各向同性折射率為常數的介質中傳播時，按照費馬原理，光的路徑就是直線。

這個問題在量子力學層面有另一種解釋，就是費曼的“路徑積分”。通過所有可能發生的情況求和來描述量子的不確定現象（通過拉格朗日函數可以計算），而量子波函數的坍縮，表示為一個擁有所有可能的物理系統向一個唯一能確定的結果演化。這裏面，費曼引入了經典力學的“作用量”概念。大概意思是説，在一個已知初始狀態與最終狀態的系統裏，系統會以作用量最小的方向演化，這被稱為最小作用量原理。在費曼看來，在同一均勻介質中，兩點之間光並不只沿一條路徑傳播，而是同時沿着所有可能的路徑傳播。但由於波動性，光會在所有可能的路徑上自相干涉。幾乎所有路徑上的光都會因為相位差異而相互抵消，只剩下最短的一條路徑，因為不同路徑的相位差在這裏會最小，不會完全抵消，而留下一條直線的完整波動。所以我們看到的光是最短路徑的直線傳播。

By 懶懶的下午三點半

7

Q

有沒有不含金屬的鏡子？

by 匿名

A

有的，但是性能不一定好。

鏡子的用途就是反射光(鏡面反射，需要鏡子的表面足夠平整)，所以鏡子對(可見)光的反射率越高，鏡子的表面越平滑，鏡子的性能越好。因此，製作鏡子的材料需要滿足一些性質：存在方便地製出極為光滑的平面的方法，對可見光的反射率非常高。相當多的金屬單質天然滿足這兩個要求，其中銀、鋁等金屬在可見光波段的反射率接近100%。

但是如果我們對鏡子的性能沒那麼苛求，完全可以學習一下幾萬年前古人類“照鏡子”的方式。低頭望向無風而平靜的池塘，或者一盆清澈的水，我們也有機會看到自己臉的倒影。這是因為水也有一定的對可見光的反射率，而且只要水面平靜，那麼“鏡面”也就足夠光滑。這就滿足了作為鏡子所需要的兩個性質。但是和金屬，尤其是銀、鋁相比，水的反光性能差的實在是太多。

除此之外，塑料、陶瓷(比如某品牌手機的後蓋-筆者有的時候會拿它照鏡子-捂臉)、玻璃(手機屏幕中常常映出玩手機的自己的臉)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術難度也不高，但是反光率依然無法和銀、鋁製成的鏡子相提並論。

金屬天生不是鏡子，鏡子天生是金屬。(金屬作為反射材料的性能太卓越了，至於為什麼金屬普遍反光性能如此卓越，那就得需要固體物理理論給出解答了)

By Luna