生活中的物理学.pdf

第三章热力学 第三章热力学 3 11 生活中的物理学生活中的物理学 大 学 物 理大 学 物 理 主讲教师 杨宏伟 第三章热力学 第三章热力学 3 11 生活中的物理学生活中的物理学 冰棍和冰激凌冰棍和冰激凌 1 作者 吴志毅 冰棍和冰激凌是世界各国人们都喜欢的止渴解暑食品 当冰棍和冰激凌是世界各国人们都喜欢的止渴解暑食品 当 你吃到凉甜可口的冰棍和冰激凌时 你是否想过 世界上你吃到凉甜可口的冰棍和冰激凌时 你是否想过 世界上 最早制作冰棍和冰激凌的是哪个国家呢 最早制作冰棍和冰激凌的是哪个国家呢 我国是冰棍和冰激凌的故乡 早在 多年以我国是冰棍和冰激凌的故乡 早在 多年以 前 我国就有用冰解暑的记载 后来皇宫里就有了用奶和前 我国就有用冰解暑的记载 后来皇宫里就有了用奶和 糖制成的冰棍 到了元世祖忽必烈时代 大约 多年糖制成的冰棍 到了元世祖忽必烈时代 大约 多年 前 皇宫里又有了类似现在冰激凌的食品 叫做冰酪 前 皇宫里又有了类似现在冰激凌的食品 叫做冰酪 那时 元朝统治者禁止王室以外的人制作冰酪 直到意大那时 元朝统治者禁止王室以外的人制作冰酪 直到意大 利旅行家马可利旅行家马可 波罗离华回国前 元世祖才让人把这种珍波罗离华回国前 元世祖才让人把这种珍 品的制作方法教给他 马可品的制作方法教给他 马可 波罗回去后 又把这种制作波罗回去后 又把这种制作 方法传给了意大利王室 意大利王室把这种方法保密了约方法传给了意大利王室 意大利王室把这种方法保密了约 年 到 年 法国国王和意大利人结婚以 年 到 年 法国国王和意大利人结婚以 后 制作冰酪的方法才由意大利传入法国 年美后 制作冰酪的方法才由意大利传入法国 年美 国纽约大街上才有了冰激凌广告 国纽约大街上才有了冰激凌广告 第三章热力学 第三章热力学 3 11 生活中的物理学生活中的物理学 冰棍和冰激凌冰棍和冰激凌 2 作者 吴志毅 我国古代劳动人民的解暑食品是冰核 直到清代 每当盛夏我国古代劳动人民的解暑食品是冰核 直到清代 每当盛夏 到来之际 北京大街上还有人买冬天入窖保存下来的天然冰快冰到来之际 北京大街上还有人买冬天入窖保存下来的天然冰快冰 核 大约在 年 北京有人想出了核 大约在 年 北京有人想出了 绝招绝招 先把天然冰放 先把天然冰放 进一个大木桶里 加入适量的食盐 这样的木桶就成了一个进一个大木桶里 加入适量的食盐 这样的木桶就成了一个 土土 冷冻室冷冻室 再准备许多圆柱形小铁筒 每个小铁筒里都装满加了 再准备许多圆柱形小铁筒 每个小铁筒里都装满加了 香料和糖的水 并插上一根木棍 然后把一个个装满糖水的小铁香料和糖的水 并插上一根木棍 然后把一个个装满糖水的小铁 筒放进筒放进 土冷冻室土冷冻室 大木桶里 封闭起来冷冻 经过半小时后 小大木桶里 封闭起来冷冻 经过半小时后 小 铁筒里的糖水就冻结成了冰棍 由于这种解暑食品很受顾客的欢铁筒里的糖水就冻结成了冰棍 由于这种解暑食品很受顾客的欢 迎 所以很快就在前门大街出现了专售冰棍的商店 迎 所以很快就在前门大街出现了专售冰棍的商店 为什么把食盐放到天然冰里混合后能使水结冰呢 这是因为为什么把食盐放到天然冰里混合后能使水结冰呢 这是因为 许多纯净物质一旦掺入杂质 它的凝固点就会降低 放在大木桶许多纯净物质一旦掺入杂质 它的凝固点就会降低 放在大木桶 里的天然冰 加入适量的食盐 就会因凝固点降低而融解 冰融里的天然冰 加入适量的食盐 就会因凝固点降低而融解 冰融 解时要从小铁筒里的水中吸热 小铁筒的水就会放热冻结成冰 解时要从小铁筒里的水中吸热 小铁筒的水就会放热冻结成冰 这就是制作冰棍的道理 这就是制作冰棍的道理 当然 在现代 人们已经能用各种先进的制冷设备来制造冰当然 在现代 人们已经能用各种先进的制冷设备来制造冰 棍和冰激凌等冷食了 棍和冰激凌等冷食了 第三章热力学 第三章热力学 3 11 生活中的物理学生活中的物理学 肥皂泡为什么总是先上升后下降肥皂泡为什么总是先上升后下降 作者 吴志毅 作者 吴志毅 日常生活中 我们常看到一些小朋友吹肥皂泡 一个个小肥皂泡从 吸管中飞出 在阳光的照耀下 发出美丽的色彩 此时 小朋友们沉浸 在欢乐和幸福之中 我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中 形成一道 美丽的风景 但我们常常是看到肥皂泡开始时上升 随后便下降 这是 为什么呢 日常生活中 我们常看到一些小朋友吹肥皂泡 一个个小肥皂泡从 吸管中飞出 在阳光的照耀下 发出美丽的色彩 此时 小朋友们沉浸 在欢乐和幸福之中 我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中 形成一道 美丽的风景 但我们常常是看到肥皂泡开始时上升 随后便下降 这是 为什么呢 这个过程和现象 我们只要留心想一下 就会发现 它其中包含着丰 富的物理知识 在开始的时候 肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气 肥皂 膜把它与外界隔开 形成里外两个区域 里面的热空气温度大于外部空 气的温度 此时 肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度 根据阿基 米得原理可知 此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力 因此它会上 升 这个过程就跟热气球的原理是一样的 这个过程和现象 我们只要留心想一下 就会发现 它其中包含着丰 富的物理知识 在开始的时候 肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气 肥皂 膜把它与外界隔开 形成里外两个区域 里面的热空气温度大于外部空 气的温度 此时 肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度 根据阿基 米得原理可知 此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力 因此它会上 升 这个过程就跟热气球的原理是一样的 随着上升过程的开始和时间的推移 肥皂泡内 外气体发生热交换 内部气体温度下降 因热胀冷缩 肥皂泡体积逐步减小 它受到的外界 空气的浮力也会逐步变小 而其受到的重力不变 这样 当重力大于浮 力时 肥皂泡就会下降 随着上升过程的开始和时间的推移 肥皂泡内 外气体发生热交换 内部气体温度下降 因热胀冷缩 肥皂泡体积逐步减小 它受到的外界 空气的浮力也会逐步变小 而其受到的重力不变 这样 当重力大于浮 力时 肥皂泡就会下降 第三章热力学 第三章热力学 3 11 生活中的物理学生活中的物理学 早晨的太阳比中午离我们更近吗 早晨的太阳比中午离我们更近吗 网上下载网上下载 作者不祥作者不祥 2004 11 07 生活中我们都有这样一种感觉 早晨的太阳看起来比中午大些 这是不是太 阳早晨比中午离我们更近呢 生活中我们都有这样一种感觉 早晨的太阳看起来比中午大些 这是不是太 阳早晨比中午离我们更近呢 如果我们用一架调好的照相机各拍一张早晨和中午 的太阳 比较一下便会发现它们的大小是完全一样的 那为什么我们看到的并 不一样呢 如果我们用一架调好的照相机各拍一张早晨和中午 的太阳 比较一下便会发现它们的大小是完全一样的 那为什么我们看到的并 不一样呢 原来我们的眼睛在观察物体时 感觉到的大小不仅取决于物体本 身的实际大小 另外还受距离远近 背景衬托以及物体本身亮度等诸多因素的 影响 有时我们会产生错觉 早晨 太阳刚从地平线升起 由于地平线离 我们很远 远处背景中的树木 房屋小得使人看不清楚 太阳在这个背景下升 起在地平在线 看起来就显得很大 而中午太阳高挂在广阔的天空 和大地上 近处高大的树木和房屋比较 就显得很小 早晨 太阳刚刚从地平线升 起 这时大地还处在比较昏暗的状态 明亮的太阳在暗淡的背景中就会显得特 别大些 而中午高悬在天空中的太阳和周围明亮的天空相比亮度相差较小 光 渗现象不显著 看起来就觉得小了 早晨所见太阳之所以比中午显得大 些 还有一个原因 那就是早晨太阳位置低 我们观察时眼睛是平视的 眼球 中的晶状体保持正常的状态 凸起程度较小 焦距较大 太阳透过晶状体在视 网膜上成的像也较大 而中午我们观察太阳需要抬头仰视 又由于受头颈弯曲 程度的限制 太阳光不能直射进入人眼 我们看太阳是斜视的 为在视网膜上 得到清晰的像 晶状体便会不由自主地凸起来 使其焦距变小 在视网膜上所 成的像也会变小些 所以仰视时会觉得太阳小些 如果我们中午躺在地上戴着 太阳镜看太阳 会觉得比站着时稍大些 由此可看出 我们之所以感觉早 晨的太阳比中午大 并不是由于太阳离我们距离的远近造成的 原来我们的眼睛在观察物体时 感觉到的大小不仅取决于物体本 身的实际大小 另外还受距离远近 背景衬托以及物体本身亮度等诸多因素的 影响 有时我们会产生错觉 早晨 太阳刚从地平线升起 由于地平线离 我们很远 远处背景中的树木 房屋小得使人看不清楚 太阳在这个背景下升 起在地平在线 看起来就显得很大 而中午太阳高挂在广阔的天空 和大地上 近处高大的树木和房屋比较 就显得很小 早晨 太阳刚刚从地平线升 起 这时大地还处在比较昏暗的状态 明亮的太阳在暗淡的背景中就会显得特 别大些 而中午高悬在天空中的太阳和周围明亮的天空相比亮度相差较小 光 渗现象不显著 看起来就觉得小了 早晨所见太阳之所以比中午显得大 些 还有一个原因 那就是早晨太阳位置低 我们观察时眼睛是平视的 眼球 中的晶状体保持正常的状态 凸起程度较小 焦距较大 太阳透过晶状体在视 网膜上成的像也较大 而中午我们观察太阳需要抬头仰视 又由于受头颈弯曲 程度的限制 太阳光不能直射进入人眼 我们看太阳是斜视的 为在视网膜上 得到清晰的像 晶状体便会不由自主地凸起来 使其焦距变小 在视网膜上所 成的像也会变小些 所以仰视时会觉得太阳小些 如果我们中午躺在地上戴着 太阳镜看太阳 会觉得比站着时稍大些 由此可看出 我们之所以感觉早 晨的太阳比中午大 并不是由于太阳离我们距离的远近造成的 这个距离的影响 实在太小了 这个距离的影响 实在太小了 其中主要原因是由我们的错觉造成的 其中主要原因是由我们的错觉造成的 第三章热力学 第三章热力学 3 11 生活中的物理学生活中的物理学 为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢 网上下载 作者不祥 网上下载 作者不祥 看到滑水运动员在水面上乘风破浪快速滑行时 你有没有想 过 为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢 看到滑水运动员在水面上乘风破浪快速滑行时 你有没有想 过 为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢 原因就在这块小小的滑板上 你看 滑水运动员在滑水 时 总是身体向后倾斜 双脚向前用力蹬滑板 使滑板和水面 有一个夹角 当前面的游艇通过牵绳拖着运动员时 运动员就 通过滑板对水面施加了一个斜向下的力 而且 游艇对运动员 的牵引力越大 运动员对水面施加的这个力也越大 因为水不 易被压缩 根据牛顿第三定律 作用力与反作用力定律 水 面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力 这个反作用力在竖直方向的分力等于运动员的重力时 运动员 就不会下沉 因此 滑水运动员只要依靠技巧 控制好脚下滑 板的倾斜角度 就能在水面上快速滑行 原因就在这块小小的滑板上 你看 滑水运动员在滑水 时 总是身体向后倾斜 双脚向前用力蹬滑板 使滑板和水面 有一个夹角 当前面的游艇通过牵绳拖着运动员时 运动员就 通过滑板对水面施加了一个斜向下的力 而且 游艇对运动员 的牵引力越大 运动员对水面施加的这个力也越大 因为水不 易被压缩 根据牛顿第三定律 作用力与反作用力定律 水 面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力 这个反作用力在竖直方向的分力等于运动员的重力时 运动员 就不会下沉 因此 滑水运动员只要依靠技巧 控制好脚下滑 板的倾斜角度 就能在水面上快速滑行 第三章热力学 第三章热力学 3 11 生活中的物理学生活中的物理学 为什么电冰箱在停机后不能立刻起动 要想弄清这个问题 首先要弄清电冰箱的工作原理 下面就压缩式冰箱介绍一 下 压缩式电冰箱是电机压缩式电冰箱的简称 它主要有以下三个构成部分 箱 体 制冷系统与控制系统 而其中最关键的是制冷系统 现在就来看看制冷系统 是如何工作的 它是利用物态变化过程中的吸热现象 使之气液循环 不断地吸 热和放热 以达到制冷的目的 其具体过程是 通电后压缩机工作 将蒸发器内 已吸热的低压 低温气态制冷剂吸入 经压缩后 形成温度为 要想弄清这个问题 首先要弄清电冰箱的工作原理 下面就压缩式冰箱介绍一 下 压缩式电冰箱是电机压缩式电冰箱的简称 它主要有以下三个构成部分 箱 体 制冷系统与控制系统 而其中最关键的是制冷系统 现在就来看看制冷系统 是如何工作的 它是利用物态变化过程中的吸热现象 使之气液循环 不断地吸 热和放热 以达到制冷的目的 其具体过程是 通电后压缩机工作 将蒸发器内 已吸热的低压 低温气态制冷剂吸入 经压缩后 形成温度为55 58 压强 为 压强 为112 8帕的高压 高温蒸气 进入冷凝器 由于毛细管的节流 使压力急剧降 低 因蒸发器内压力 低于冷凝器压力 液态制冷剂就立即沸腾蒸发 吸收箱内的 热量变成低压 低温的蒸气 再次被压缩机吸入 如此不断循环 将冰箱内部热 量不断的转移到箱外 正是因为这样 所以夏天用冰箱来冷却房间 不但是不可 能的 反而会使其内部温度升高 通过以上分析 我们知道只要压缩机一工作 其机体内就有高压存在 并且在断电后 要有段时间才能消失 这就是冰箱为什 么不能在关机后立即开机的原因所在 下面详细分析一下其内在机理 电冰箱在 运行过程中 其制冷系统压缩机的吸气侧移为低压侧 其压力略高于大气压力 压缩机的排压侧移为高压侧 压强高达 帕的高压 高温蒸气 进入冷凝器 由于毛细管的节流 使压力急剧降 低