如何用笔芯制造钻石？| No.162_风闻

原创：中科院物理所

据说铅笔笔芯可以变为钻石？

但仔细想想，还是很有可能的，

因为铅笔芯和金刚石的化学组成元素都是碳，

（小编真棒化学学的贼好）

然后如何将笔芯变为钻石呢？

这还不简单，

比心（笔芯）就好了呀！

请问，你收到小编给你的钻石了吗？

1

Q

为什么躺在凉席上会感觉到凉意呢？

by 海鸟果

A

凉席之所以可以让你感到凉意，首先是因为它确实比你的身体凉。你可能有过这种体验，就是如果天气特别热的话，凉席也会失去作用。只有当凉席自身就比较凉时才会起作用，你可能会问了，床单的温度和凉席是一样的，为什么床单不会让人觉得有凉意呢？原因就在于热容的不同，由于床单热容低，它和身体接触时，尽管热量会被床单吸走，但是很少的热量就能使它温度明显上升，导致体感温度上升，妨碍它进一步吸热。凉席就不同了，它需要比较多的能量才能让温度明显上升。如果凉席被躺热了，翻个身继续睡就可以了。

By Nothing

2

Q

高考中金属探测仪的原理是什么？

by feather

A

金属探测仪利用了电磁感应的原理。当通有交变电流的线圈靠近金属物体时，线圈产生的变化磁场会使金属产生涡流，涡流又会产生磁场，反过来影响线圈的磁场，进而引发探测器发出蜂鸣声报警。考场中使用的手持式金属探测仪只有一个线圈。一些用于其他场景的金属探测器有两个线圈，分别是发射线圈和接收线圈。顾名思义，发射线圈的作用是产生变化的磁场，接收线圈则屏蔽了发射线圈的磁场而只接收金属中涡流产生的磁场。从金属探测仪的原理中可以发现，只有导电性强的物质（比如金属）才能被探测出来，并且金属探测器无法分辨出具体是哪一种金属及其形状大小，因此火车站还会让大家的行李过安检传送带，应用的是射线检测。

By 重光

3

Q

影子可不可以是彩色的？

     by 无桨靠浪

A

影子可以是彩色的，见下图。

图片来源：索尼探梦

这需要利用到色光三原色的原理，下图是色光三原色的显色模式，在接下来的分析中需要用到。

　　　图片来源：Wikipedia

如图所示，为了简化，将物体抽象成了一条线段，红绿蓝三个光源抽象成了点光源。从图中可以看到，A、C、E、G四个区域能被三个点光源照射到，是白色的，而B、D、F分别是蓝、绿、红三个光源的阴影区。B区缺少蓝光，但可以被红光源和绿光源照射到，根据三原色的成色模式，红光和绿光叠加是黄光，因此B区是黄色的。同理，D、F区分别是洋红、青。如果要获得色彩更丰富的影子，可以将图中红绿蓝三个光源相互靠近一点，使各自阴影区相互重叠（这样可以得到红、绿、蓝三种颜色的影子），并且改变光源的强度。

By 重光

4

Q

人类若同步同向走路，能否扰乱地球的自转？

by 佚名

A

显然这个问题无法通过做实验来解决，那么我们只能通过设定一些理想的条件来计算这个问题了。假设地球是一个刚体且有70亿人，人均体重50kg，又假设所有人都在赤道上往一个方向以5km/h的速率顺着地球自转方向行走（不要问我赤道上能不能站得下这个多人，我说站的下就站得下）。假设地球质量分布均匀且为完美的球形。地球质量为5.965*1024kg，半径6400km。那么当人开始走动时，由人组成的环绕赤道的环（后面简称环）开始转动，所以它需要从地球中获取角动量，这样地球损失角动量导致角速度降低。具体降低多少还需要通过计算得到：通过计算，环的转动惯量是1.43*1025kgm2，地球的转动惯量是9.77*1037kgm2，根据角动量守恒可以看到，地球角速度的变化率约为1/10000000000000，虽然地球的自转角速度确实变化了，但是你说它几乎没变化好像也没什么问题。

By Nothing

5

Q

现在有没有一种技术能使石墨在特殊情况下反应成金刚石呢？

by 秀贤

A

石墨看来黑不溜秋，金刚石看起来晶莹剔透，尽管他们看起来非常不同，但是组成它们的元素都是碳。它们的不同在于内部的原子组合方式不同，石墨是一层一层的，每层石墨只有一层原子，原子之间靠共价键链接，层与层之间是范德瓦尔斯力，单层的石墨又称为石墨烯，可以说是最著名的二维材料。金刚石内部的原子全部靠共价键链接。虽然金刚石很硬而石墨很软，但是石墨要比金刚石更加稳定。有多种方法可以制造金刚石，它们分别需要不同的条件：

1、直接法。

利用高温高压直接将石墨等原料直接变成金刚石。

2、熔媒法。

利用高温（1100~3000摄氏度）和高压（5~10GPa，1GPa相当于10000个大气压）通过石墨等碳质原料和某些金属（合金）反应生成金刚石。

3、外延法。

利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成。

4、武兹反应法。

用四氯化碳和钠在700℃反应，生成金刚石。

By Nothing

6

Q

想知道一节电池是怎么确定电动势的，或者是说为什么设计好之后电池就刚好有这么大的电动势，这与哪些控制因素有关？

by 孜然

A

电池的电动势其实是电池内部各相界面上所形成电势差的代数和。电池内部有三种电势差，接触电势差，液接电势差和电极与电解质界面间的电势差。接触电势差是由于不同金属的费米能级不同，需要依靠接触电势差来补偿费米能级的差异；液接电势差是两种不同电解液，或者同一种电解液但是浓度不同的溶液接触产生的电势差；在电池中，接触电势差和液接电势差都很小，电动势主要受电极与电解质界面间的电势差影响，该电势差与电极和电解质有关。

以大家很熟悉的锌铜原电池为例，在标准状况下，相对于氢标电极电势，Zn2+/Zn为-0.7628V，Cu2+/Cu为0.3402V，那么可以得到标准状况下，锌铜原电池的电动势是0.3402-(-0.7628)V=1.1030V，当然随着反应的进行，电解质中组分的活度不会一直维持在“1”，因此实际情况中，锌铜原电池的电动势是要应用能斯特公式来计算的。

总结一下，一节电池的电动势主要与正负极的电极电势之差有关，电极的电极电势是由电极本身决定的，选定了电极与电解质，那么电池的电动势也就确定了。

By 重光

7

Q

圆周率是如何被算出来的？

by 匿名

A

圆周率被定义为圆的周长和直径之比，它可能是被用的最多的常数之一，但是它是怎么得到的呢？下面我们用三种方法计算圆周率的值：

1、以直代曲，层层逼近。做出圆的内接正三角形，计算三角形周长，用三角形周长代替圆的周长。接下来做圆的内接正方形、正五边形、正六边形等等，边数越多，多边形越像圆，计算得到的多边形的周长和圆的周长越相近。只要多边形的边数足够多，就可以得到足够精确地圆的周长，进而得到足够精确地圆周率。刘辉计算出圆周率等于3.1416的结果用到的多边形是3072边形。祖冲之计算出圆周率等于3.1415926的结果用到的是16384边形。

2、概率法。做圆和它的外接正方形，圆的面积是πr2，正方形面积是4r2。向这个图形上随机扔一些豆子，由于两者面积之比是π/4。所以落入两者的概率之比是π/4，统计落入圆和正方形中豆子的个数，两者之比正是π/4的近似值，扔的豆子足够多就能得到很精确的圆周率的值。

3、格雷戈里 - 莱布尼茨无穷级数法。感谢数学大神给出公式：π=3+4/(2*3*4)-4/(4*5*6)+4/(6*7*8)-4/(8*9*10)………只要计算的项足够多就能得到圆周率很精确的近似值。

当然，圆周率得计算方法还有很多，大家可以自行寻找。

By Nothing