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镜子里面有什么我们不知道的?|No.79


爱丽丝漫游奇境

你呢

想不想看看镜中世界

没有红皇后和疯帽子

有的是虚实相生的景象


1
Q

上期(No.77)的一个关于过冷水与凝结核的问题,让我想起了以前材料课想问而又不敢问的一个问题(因为懒): 当过冷水接触到了冰时,过冷水会在凝结核的接触表面迅速凝固且层层覆盖递进直到所有的过冷水全部被凝固。那么,这些由过冷水围绕凝结核凝固而形成的冰是否为单晶体?如果是,那制造晶圆所需要的单晶硅以及烧耳狂魔极力推崇的单晶铜耳机线的制造工艺是否如上述类似?

By 三小子

A

首先感谢这位读者根据前面的回答提出的问题。理想情况下,如果在过冷水中引入唯一一个凝结核,然后让水分子在这个凝结核上慢慢凝结,确实可以得到一个体积较大的单晶冰。但是在实际情况中,很难控制凝结核单独的出现:除了水中的杂质外,水分子的涨落也会自发形成凝结核。其结果就是,水分子分别在数个凝结核上同时凝结、增大,每个凝结核长出一个单晶。当这些单晶生长的足够大时,单晶之间就会相互接触,由于单晶的取向是随机的,所以继续生长的结果就是多个单晶长在一起形成了多晶。晶体的数量由凝结核密度决定,晶体的大小由结晶时间和生长速度决定。而成核密度和生长速度都和过冷度相关. 在过冷度较低的时候,生长速度高于成核密度,这种情况下易于形成较少、较大的晶体;而在过冷度较高的时候,成核密度大,生长速度反而降低,这种情况下易于形成较小,但数量很多的晶体。在实际操作中可以通过减少溶液中的杂质、使容器内壁尽量光滑,然后加入一个小的晶体作为核,在此基础上生长出较大的单晶。从我们的分析可以看出,的确可以通过题主的方案制造单晶,但要控制好条件。

2
Q

初中九上串并联电路电流规律,短路,断路的区分?

By GOOD BOY

A

首先,串联电路电流规律:串联电路电流处处相等。为什么处处相等?我理解为你问的是这个问题。串联电路只有一条干路。由电流微观表达式I=nqvs,其中n为单位体积内的带电粒子数,q是粒子带电量,v是粒子运动速率,s表示导体横截面积。在金属导线中,粒子即电子,带电量为e。串联电路中,nesv都是相同的。那么,电流就处处相等了。

而在并联电路中,干路电流等于各支路电流之和。原因是干路中单位体积内的带电粒子数是支路的倍数关系。支路有几条,就有几倍。

以一个形象的例子作类比,自来水厂制水从水管出来,没分到各家各户之前,水流量处处相等;要到每家每户之前,分流;但是,各家的水量加起来还是自来水厂的制水量。有没有清楚一点。

以灯泡的例子来解释短路,断路。为什么会短路?因为电流都想走阻力小的电路,导线的电阻要比灯泡小啊,那么如果有一段导线连接在一起,电流就不走灯泡了。这就是短路。你应该有物理实验课,把小灯泡两端接头用导线直接相连,这就是短路,后果就是电路中电流过大,烧坏电路。断路,就是电路中有一部分被截断,电流过不去了。就是实验课上,开关断开的状态。

念念不忘必有回响。加油吧!男孩。现在搞不懂的大部分问题,以后会学到,如果还搞不懂,就来深入学习物理吧。


3
Q

海上的盐雾是什么?盐不会挥发那么为什么空气里会有盐呢?

A

盐雾是含有盐分的微细液滴分散于大气之中所构成的一个弥散系统,大气中盐雾的形成一直是科学家们所关心的问题。对于形成盐雾的理论,目前有以下假说:

1、海水扰动说 

这种假说认为 日夜 不停地 运动的海水产生一个个大小不同的海浪,海浪与海浪相互碰撞和海浪撞击海岸,产生大量的水花和泡沫,在气流的作用下,水花和泡沫被撕裂为微细液滴。并被气流带到空中,飘向内陆。在这个过程中不断被分裂、蒸发、扩散、混拼,形成一个 由微细液滴构成的弥撒系统 ,弥撒系统即是海雾。  

2 、盐尘飘扬说 

这种假说用于解析内陆深处大气中盐雾 的成因。盐尘飘扬说认为, 内陆盐碱地区上空 的盐雾, 是由于含盐尘埃随风而起 , 飘浮于空 中, 当空气中所舍的水汽遇玲凝结成雾时 , 飘 浮于空中的盐尘溶解在雾粒之中, 使雾成为 盐雾 。 


4
Q

两平面镜用镜面夹成一小于180度的角,夹角中放一物体,为什么在这个夹角中看到不止两个物体的像?而且像的个数与夹角大小存在某种关系?

By  jw耶百

A

我们以镜子夹角为90度作为例子进行详细分析。很明显,两个镜子共形成了三个虚像。为了便于说明我们把左中右三个虚像记为像1、3、2(不要怀疑,数字没有标错),把左右两面镜子记为镜1、2。一般情况下可以这样解释这个现象:物体在两面镜子中分别形成两个虚像1、2,;然后像1在镜子2中、像2在镜子1中分别形成虚像。两个虚像相互重合叠加形成像3。像3继续在镜1、2中成像,但是新的像和之前的像都是重合的。所以,最终结果就是两面镜子形成了三个像。读者可能会问,虚像怎么在镜子中成像?其实物理过程是这样的:物体反射的光经过镜1的反射形成像1,反射光在镜2看来和摆在像1处的物体发出的光完全一样,所以镜1的反射光又经过镜2反射形成了像3,而像3的位置就是摆在像1位置处的物体经过镜2所成虚像的位置。说句人话就是,通过画光路你会发现像1和像3关于镜2镜面对称,所以也可以说像3是像1在镜2中的虚像。一般来说,当夹角可以被360整除时,虚像个数是(360/度数)-1,读者可以自行分析无法整除的情况。


5
Q

库伦定律是两个静止的点电荷的作用力,但为什么是静止的?它们运动库伦定律还能用吗?

By   L 覃

A

首先,我们要知道库伦定律只适用于静电场,对于静止的的点电荷,其产生的电场恰好是静电场,因此能很好的适用于库伦定律.但是对于运动的电荷,会有电磁辐射,因此其不仅能产生电场更能产生磁场,因此两个运动的点电荷之间的有效电磁相互作用便不能用库伦定律来描述了.但是,由于运动电荷的电磁辐射可以认为是相对论效应,所以只要电荷运动速度远小于真空中的光速,那么库伦定律给出的结果还是十分靠近真实情况的.

事实上,关于库伦定律的更基本的解释是根据量子场论,通过计算QED的散射过程(例如电子电子通过交换光子到电子电子之间的散射过程),取低能极限就可以得到库伦定律,因此我们可以知道库伦定律是一个低能有效理论,或者说是非相对论近似的结果,并不适用于高能电磁相互作用.

总之,在经典电磁学中,只要电荷运动速度远小于真空光速,就可以大胆地使用库伦定律


6
Q

开灯的瞬间,发生了什么?

By 闪电老李

A

我虐台灯千百遍,台灯待我如初恋——为了回答这个问题,在下的台灯可是惨遭蹂躏,作为一个物理问题,我想主要考虑的是在开灯的瞬间发生了哪些物理变化,然后就是产生这些变化的机理,在无数次闪瞎了在下的钛合金狗眼之后,突然发现,开灯瞬间发生的变化其实是与不同种类的灯的发光机制有关的。

为简化模型,我们可以画出如下电路图,导线是理想导线,R为保护电阻或实际导线电阻,选取的灯是发光二极管。

在开灯之前,没有形成闭合回路,电路中没有净电流通过,宏观上不发生任何变化。当闭合开关K时,发光二极管两端加上正向电压,对于半导体而言,载流子可以是空穴和电子,空穴向电源负极(PN结N区)流动,电子向电源正极(PN结P区)流动,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光,根据材料的不同发出不同的光线,完成电能向光能的转化;同时电流通过电阻,电子与晶格碰撞损失能量,部分电能转化为热能;若电路中存在绕成螺线管式的导线,电流通过可以诱导产生磁场,还有部分电能转化为磁能,当然这种情况下电路的电流、电压的变化会变得稍微复杂一点。对于白炽灯或日光灯,由于其电路结构和发光机制的不同,发生的变化也会有些不同

7
Q

电子不是互相排斥的吗?为什么会有电子对的说法?

By 宇宙小孩

A

首先声明,这里的电子对,确实是两个电子,形成了一对快乐的小伙伴—电子对。

“异性相吸同性相斥”是我们从小就耳熟能详的法则,物理老师也告诉过我们,这个法则不仅适用于男孩女孩儿交往,同样也适用于磁和电,用于磁这里的性质就是指磁极,用于电就是指电荷。

那么问题来了,既然电子之间是相互排斥,也就是说他们之间是相互“讨厌”着对方的,那又是为什么会出现一起愉快的玩耍,形成对的呢?

在没有外界“帮助”的时候,两个电子确实是不可能形成稳定的对态的。就像两个相互讨厌着对方的冤家,是不会想见到彼此的。这个时候要是来一个中间人呢?有个中间人调节一下,是不是两个冤家有时候也能愉快的玩耍了?

我们以超导理论(BCS)中的库珀对为例,这个情况下的“中间人”就是声子,也就是晶格震动。

库珀曾经证明:一般来说,只要电子之间存在引力,哪怕很微小,都会使费米面附近的电子结合在一起,形成库珀对。

简单来说就是只要有引力,有些电子就可以形成对。那么我们来分析一下低温超导中的这个引力是怎么出现的。

晶格中的离子实都是带正电的,如上图所示,灰色小球代表离子实。当第一个电子(蓝色小球)在某些离子实中间运动时,由于引力作用会使该区域的离子实密度出现涨落,电子附近的离子实密度变大。密度大的离子实显然对第二个电子更有“吸引力”,这个吸引力在一些情况下是可以大于电子之间的斥力的,这样合成的有效作用就是吸引的了。在这个吸引力下,就能出现电子对了。


8
Q

精细结构常数是固定的吗?

By 尼古拉斯·张三

A

精细结构常数α= e2/4πε0cħ ≈1/137,其中e是电子电荷量, ε0真空介电常数,c是真空光速,ħ 是约化的普朗克常数,显然α是由一系列常数构成的一个无量纲的常数,因此一般情况下我们认为他是固定不变的.但是,有以下两点需要说明:

其一,随着人类测量技术的提升,物理学家们从对精细结构常数的测定结果中发现其数值随着时间推移有不断增大的迹象,人们推测这可能是因为精细结构常数与万有引力常数有关,但是这都是推测,并没有定论,我们还需要更精密的实验数据和更靠谱的理论去给这个问题下定论;其二,我们知道精细结构常数也是QED(量子电动力学)的耦合系数,但二者又存在一定差别,主要是因为从重整化的思想出发的话,QED的拉氏量中的耦合系数只是个裸参数,不具备可观测的性质,是会随着能标跑动的,而我们算出来的精细结构常数的值是重整化后的QED耦合系数.

综合上所述,精细结构常数是重整化后的QED耦合系数,在一定范围内我们完全可以认为它是固定不变的无量纲常数.



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