破坏力强大的闪电能用来造福人类吗，比如电解水？| No.182_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-11-22 13:46
闪电，
是一道光
常在你猝不及防的时候
闪瞎我们的眼睛
问题来了
能用闪电的放电过程实现电解水吗？
1
Q
在深山老林，周围没有任何基站，怎么拨打卫星电话？
by 风蛙
A
卫星电话并不依赖基站来和通信网络取得联系，它们其实和平时的手机通信有很大的不同。对于我们平时日常使用的智能手机，数据实际上是经过了“手机-基站-通信网络-基站-手机”这个路径；而卫星电话拨打智能手机的时候数据经过的是“卫星电话-通信卫星-通信网络-基站-手机”这个路径。所以，只要头顶有卫星，就能连接上通信网络。
卫星电话连接卫星的原理和手机连接基站的原理是类似的，都是在某一特定的频率上使用电磁波进行通信。有区别的地方是：手机和基站之间的距离相对卫星电话和通信卫星之间的距离比较近，所以手机对于天线和信号强度的要求较低。卫星电话因为要和头顶上遥远的卫星进行通信，所以必须配备超大电池（因为要高功率发信，耗电很大）和超大天线（天线大信号才能好）的，所以某种程度上我们可以说，卫星电话是通信能力被大幅强化的电话。看看这硕大的天线和感人的价格，信号能不好吗。
By Luna
2
Q
怎样让硬币飘在水中 ？
by 殷启扬
A
这次又是和水的张力相关的问题呢，灵魂画手君再次上线～
首先我们先来看一下水的张力是如何让硬币漂浮在水面上的：
如图所示，把硬币放在水面上之后，水面张力会提供给硬币一个向上的力（蓝色），这个力和硬币受到浮力的合力与重力（红色）抵消，就能够让硬币“浮”起来。
那么问题来了，具体如何操作才能让硬币浮起来呢？首先是选择一个足够轻的硬币，一分或五分的硬币都是很容易浮起来的。其次保证水足够纯净，因为纯水的表面张力比较大，肥皂类可以降低水的表面张力的表面活性剂，千万别加哦～
最后一步比较关键：如果把硬币往水里一扔，那么硬币肯定会因为惯性直接坠入水中。一个比较合适的做法是，非常缓慢地把硬币放在水面上。同学们可以试着用镊子或者弯曲的铁丝/回形针，夹着或者从下面托着硬币，缓缓把硬币平放在水面上，这样一般就能成功啦。实在不行的话建议亲换个硬币多试几次哦。
By Luna
3
Q
铅笔画的线为什么能导电？
by 匿名
A
铅笔芯是用石墨粘土混合制成的，而石墨可以导电。写字的时候，实际上是通过摩擦把石墨涂抹在了纸张表面，所以使用铅笔画出来的线实际上是石墨和粘土的混合物，当石墨颗粒相互接触，形成完整的导电通路时即可导电。
然而，同学们如果试着做实验，使用铅笔线点亮小灯泡的时候，可能会发现导电性能不是很好，有的时候小灯泡亮，有的时候不亮。这是因为石墨线是薄薄的一层，如果石墨被粘土打碎，对石墨的导电性能有很大影响。由于铅笔的主要成分是石墨，而石墨是导体，所以铅笔芯是可以导电的。然而铅笔芯的导电能力却并不是非常强。因为石墨的原子结构排布，决定了它只能二维导电，即在同一平面的两点间是导电的，而平面的上下两面间是不导电的。铅笔芯中的石墨是被碾碎后于黏土混合而成，所以原子结构被打乱，因此导电性能并不十分出众。在实验中，接入2B铅笔芯长度超过15cm，则小灯泡不发光。（电压5V左右）。
同时，导线和铅笔线上的石墨的具有很大的接触电阻，接触电阻是材料物理实验中测量材料导电性能的时候不可避免的问题之一。实验中灯泡如果点不亮的话，可以试试改用发光二极管，非常微弱的电流就能点亮发光二极管，比小灯泡容易点亮得多，成功率会升高哦，同学们可以试试～
By Luna
4
Q
为什么不做一个连着避雷针的大水柱，把闪电的能量用来电解水 ？
by 孔萌浩
A
雷电是比较常见的自然现象，值得注意的是，雷击的特点之一是真正放电的时间非常短，虽然电压很高，电流很大，但放电转移的电荷量却很少。平均来说，雷击的电流为30000安培，而一次雷击传导的电荷量却仅为15库伦。换算一下就可以知道，一次雷击的总放电量只够电解约10-4mol的氢气。这个数量实在是太少了，完全不够看，而建造一个避雷针和大水柱的成本远高于此。同时雷电由于其发生地点和时间的随机性，没有有效的控制手段，所以利用收集雷电的能量来电解水不是经济可靠的选择。
参考：维基百科-闪电
By Luna
5
Q
有可能通过声音不在真空中传播的特性，制造一种“真空耳塞”来帮我们获得高质量的静音吗？
by 皮皮老师
A
一般来说，要想隔音效果好，那就得用个软而疏松的材料（容易让声波/机械振动耗散掉），比如常见的海绵耳塞。如果我们希望用真空替换里面的一部分海绵，我们就会意识到，不对啊，海绵怎么能创造出一部分真空呢？那就试着换成硅胶耳塞吧，用硅胶做个真空腔。然后我们又会发现，这个真空腔会在外界的大气压的作用下消失，就像我们希望把气球中间抽成真空的时候一样，实际上气球会因此瘪下去。所以我们如果希望能让这个真空腔体维持，那就必须要用一点强度足够的材料，比如金属？等等……金属传声性能不是反而比气体更好了吗？
使用真空进行隔音确实是一个好的想法，但是随之而来的，是提高了许多许多倍的设计难度和加工难度。目前使用真空进行隔音确实已经有了一定的应用，比如隔音玻璃，但其中也产生了很多问题。想使用真空进行完美的隔音并不是容易的事情，归根结底，这是设计生产成本-材料强度-隔音效果之间的矛盾。
By Luna
6
Q
为什么观察干涉现象要投在一个屏幕上呢？我们的眼睛不能直接观察吗？
by 匿名
A
人眼和接收屏的区别很大：人眼在光学意义上是组合元件，视网膜才算接收屏。在双缝干涉中，人眼和屏都可以完成将光强的空间分布显现出来的功能。
从干涉的定义来看，光的干涉就是光的相干叠加，并不一定需要投在屏幕上我们才能进行观察。我们可以直接举一个具体的，用肉眼观察光的干涉现象的例子。我们日常生活有的时候看向雨后的地面会看到这样的图案：
（图源wikipedia）
这个彩色环的出现的原因就是光的薄膜干涉。
如图所示，油-空气界面的反射光和水-油界面的反射光相干叠加，根据油膜厚度的不同，有些波长的光相干相长，有些波长的光相干相消，在我们看来就像油有了缤纷的色彩一样，是不是很神奇啊～
By Luna
7
Q
为什么踩雪时会有吱吱声？
by 超级黑洞
A
如果我们注意一下就会发现，下雪之后比较蓬松的新雪地容易踩出声响，雪开始化了之后声音就不大了。对此就产生了一种解释：因为新下的雪相对蓬松，内部有很多小小的空洞和缝隙，人踩上去的时候，人体的重量很容易把雪层压塌。内部空隙坍塌的时候，相对大块的雪粒之间相互摩擦，就会发出吱吱的声音。相应的，雪被踩实之后也不容易踩出声音了。
或者你可以认为是你踩雪的时候把雪踩疼了?(ˉ?ˉ?)（并不）
By Dannis
8
Q
为什么《大耳朵图图》里面的图图耳朵会动？
by 匿名
A
《大耳朵图图》可谓是我们这一代儿时的经典回忆了。除了图图善良可爱的形象之外，这部动画片让人印象最深的当然是图图的绝技“动耳神功”了。动耳神功究竟是怎么一回事呢？
细心的朋友在生活中会注意到包括小狗小兔子在内的许多哺乳动物都具有“竖起耳朵”的技能，那是它们在利用耳朵附近的肌肉牵动外耳，
从而可以接受来自四周的声波。而人类的这部分肌肉一般已经退化了，所以做不到像前面那些动物一样“大幅度动耳”。但是也有一些人的这部分肌肉相对发达一些，所以也可以通过肌肉小幅度牵引耳朵动起来。当然像图图那样的“动耳神功”属于艺术夸张了。
最后悄咪咪说一句，小编的耳朵也可以动……（不过是前后小幅度地）个人感觉就是通过耳后的肌肉来控制的(●—●)
By Dannis