薯片里充装的保护气会让薯片更好吃吗？| No.319_风闻

原创：中科院物理所

　　薯片大家都吃过吧

　　为什么袋装薯片

　　要填充这么多气体

　　为什么罐装的就不用？

　　填充的气体会让薯片更好吃吗？

　　**Q1****人肉眼最远能看到多远的天空？**by 匿名

　　答：

　　你抬头向上看，能看到太阳不？太阳离我们有149,597,870,700千米呢，你昨晚上看星空，能看到牛郎星和织女星吗？那个跟我们压根就不在一个星系。所以人肉眼能看到光年级的距离

　　。

　　当然，这是向上看，大气层高度有限，在天气晴朗无遮挡的情况下，恒星的光可透过大气，你自然就可以看到。但当平视时，看多远就要看大气的空气质量了，所以在气象学上有一个能见度的概念。

　　能见度是指视力正常的人能将目标物从背景中识别出来的最大距离。这其实是一个非常主观的指标，不同人得到的能见度可能是不同的，因此，能见度的数值从来是不是绝对的。能见度取决于当前的气象环境，雾、霾、沙尘乃至雨雪都会造成能见度下降。通常我们测量能见度有人工测量和设备测量。人工观测能见度，一般指有效水平能见度。有效水平能见度是指四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。目前大多数气象站都采用设备测量，但在浮尘、扬沙等天气，人工测量更准确。设备测量的能见度用气象光学视程表示。气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量，在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。

　　回到题目的问题，视力正常的人，究竟能看到多远呢？在天气晴朗无遮挡的情况下，能见度可以达到20千米至30千米，在空气非常洁净的极地，人类能看到70千米以外的事物。这也就是“望山跑死马”的来源，正常情况下，人确实是能看到极远的。

　　参考资料：

　　【科普阅读】科学认识能见度及其观测

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　**Q2****为什么山里经常起雾且不易消散？**by 匿名

　　答：

　　起雾是因为山上温度随着海拔升高而降低，山脚温度高的潮湿空气随着山坡向上爬升，随着温度下降，空气中的水饱和蒸气压降低，潮湿空气绝热冷却达到过饱和，多余的水蒸气就液化为小液滴，也就形成了雾。这种雾被称为上坡雾，潮湿空气必须稳定，山体坡度要小，不然容易形成对流，雾就难以形成了。

　　至于为什么不容易消散。正常的雾在太阳出来之后，空气温度上升或有风的情况下都很容易消散。一般中午之前就消失了。这里不容易消散的雾可能是因为在山“里”，也就是山谷或盆地等地形。这种地形比较封闭，不容易出现对流，也就是无风或微风，同时山坡或山顶温度一直低于山脚，在海拔不高的山地，降水量往往也随着海拔增高而增高，因此山坡湿度可能也比较大，综合上述条件，山地可能出现云雾难以消散的现象。

　　参考资料：

　　雾 雾是什么意思

　　山地 山地是什么意思-

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　**Q3****为什么薯片袋子里面充满了气体？**by 宫保chicken

　　答：

　　因为看起来薯片会比较多（×）因为保护薯片（√）。

　　首先当薯片生产出来后，会经历包装以及多次的运输，所以需要充气保护。如果不进行充气保护，那么可能到达我们手上的时候，薯片就已经变成薯碎碎了。

　　图片来源:维基百科

　　其次充到包装袋里面的气体也是有讲究的，并不是空气，而是氮气。 氮气，化学式为N₂，为无色无味气体，它的化学性质很不活泼，正是化学性质非常稳定的原因，氮气日常生活中经常作为保护气。对于薯片来说充入氮气能防止氧化受潮，延长保质期。

　　一项研究表明：充入氮气的薯片在口感上是优于没有氮气充入的薯片。是不是很吃惊，而且这项研究被发表在了packaging Technology and Science期刊上，感兴趣的小伙伴可以去参考资料1看一下哦~

　　最后呢，可能会有小伙伴想到罐装的薯片，他们为什么不用充氮气，却能这么坚挺？其实罐装薯片在几何形状上被设计成了马鞍状，这种特殊的几何形状能在推力和拉力之间达到微妙的平衡，能够很大程度上防止运输中破碎。

　　图片来源:参考资料2

　　参考资料：

　　[1]Paik, J. S., Shint, J. I., Kimt, J. I., & Choit, P. K. (1994). Effect of nitrogen flushing on shelf-life of packaged potato chips. Packaging Technology and Science, 7(2), 81–85.

　　[2]为什么袋装薯片比罐装薯片好吃那么多

　　by  just_iu

　　Q.E.D.

　　**Q4****为什么水浸街把车子淹了后，车子还可以发动？机器不会泡坏吗？**by Zeao

　　答：

　　那要看水淹到哪？如果水还没浸没底盘，就把轮胎淹了半截，那当然是可以发动的，这种情况对车辆本身没有造成任何影响。如果都淹了车顶， 还能发动，那只能说，运气好

　　，但这样的车辆具有极大的安全隐患，建议处理。

　　泡水的车辆一般视水淹没程度大致分为三类。第一类就是水浸车，水淹没车轮一半以下，浸没地板但没有淹没中控。这种车辆损失较小，一般不会对发动机造成损害，但污水可能会腐蚀底盘的线束、螺栓等连接件，也可能氧化密封胶条等橡胶件。这种车辆性能没有明显损伤，一般烘干后可以驾驶。第二类是水泡车，水位没过车轮，淹没了中控等部件，与座椅持平。这种车辆发动机、变速箱、线路等遭到了较大损害。尤其线路内部的水分不易干燥，插接部位容易被氧化，氧化后长时间通电容易自燃。水进入线路后还会对金属部件产生锈蚀。这种车辆维修成本极大，不建议继续上路行驶。第三类则是水淹车，水完全淹没车辆，车厢内完全进水，对车辆各部位性能均有严重影响，建议直接报废。

　　除上述危害以外，车辆涉水时，如果水位超过进气管，水可能进入发动机气缸，由于水的压缩性差，活塞做功时无法将水压缩，现代发动机为了减重又往往采用铝合金部件，因此，发动机工作时可能造成气缸或连杆形变，发动机就报废了。所以车辆浸水时，不要着急点火。当水没过发动机机油尺时，发动机多半已经进水，需要慎重处理。

　　参考资料：

　　[1]化文波,张敏,董伟.汽车“泡水”应对策略[J].汽车维修技师,2021(11):127-128.

　　[2]任璐. 泡水车的价值评估[J]. 长江工程职业技术学院学报, 2016.

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　**Q5****碳原子可以通过贝塔衰变改变化学组成，例如使碳变为氮，那为什么不能让碳变成钻石？**by EF

　　答：

　　碳可以变成钻石呀，这就是人工合成金刚石嘛。

　　钻石，也就是金刚石，是碳单质的一种存在形式，碳原子之间形成碳碳单键，空间结构为正四面体。金刚石广泛应用于于精密仪器、磨料、切割工具、钻探、航天和军事等工业领域。我们对人工合成金刚石的探索从很早就开始了。

　　合成金刚石的难点就在于石墨与金刚石之间存在巨大的能量势垒，常温常压下，金刚石是碳的不稳定相，而石墨是碳的稳定相。自然界中存在的天然钻石多是在火山爆发岩中发现的。因此，人们推测，合成金刚石需要高温高压的条件。现在我们已经有多种成熟的方法来生长金刚石晶体了，我们简单介绍几种。

　　金刚石-石墨温压相图，图中标注了可以合成金刚石的温压条件 | 图源自参考文献2

　　首先是高温高压法，这种方法又分为静压法和动压法。静压法是通过液压机压缩固体传压介质，在石墨外部营造准静水压环境，再通电流加热产生高温生产金刚石。这种方法易于操控，生长的晶体尺寸大可以控制，是目前工业级磨料金刚石生产的方法。动压法又称爆炸冲击法，是通过引导炸药爆炸时产生的冲击波直接作用于石墨，产生生长金刚石的温压条件。

　　除此以外，常用的方法还有CVD法，即气相沉积法，这种方法一般用于生长金刚石薄膜。集体操作是将含碳的气体（比如甲烷等）在高温下分解，分解后的碳原子直接在衬底上沉积形成金刚石单晶薄膜。

　　其他还有循环反应法、水热、溶剂热法等合成方法就不一一介绍了，感兴趣的读者可以查看参考文献。

　　参考文献：

　　[1]张志国. 人工合成金刚石的历史与现状[D]. 吉林大学, 2007.

　　[2]陈乾旺, 娄正松, 王强,等. 人工合成金刚石研究进展[J]. 物理, 2005, 34(3):6.

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　**Q6****元素周期表中为什么只有118种元素？**by 略

　　答：

　　图源自网络

　　这张是不是中学课本上的元素周期表，这还没有118种呢

　　，我觉得只有118是因为第七周期排完就是118

　　好了，不开玩笑，我们目前确实只发现了118种原子，这是因为质子数越多的原子核越不稳定，半衰期极短，当质子数增大到一定程度时，就无法成核了。

　　我们定性地看一下，一些定量的模型可以查看参考资料。当原子核中的质子数超过28之后，原子随着质子数的增加会逐渐变得不稳定，原因也很简单，质子带正电，彼此存在库仑斥力，单纯的质子是没有办法成核的，所以在原子核中，中子至关重要，中子不带电，不参与库仑相互作用，但中子和质子都参与强相互作用，在原子核中，强相互作用表现为引力，可以对抗库仑相互作用，约束质子。因此稳定的原子核中离不开中子。但随着质子数增加，库存斥力越来越大，强力却无法无限增大，因为强相互作用是短程力，当原子核体积较大时，便会超出强力的力程，这时，每增加一个质子，质子与其他所有质子都有斥力，但增加一个中子，中子却只能与周围几个核子相互作用，当质子数不那么多的时候，我们还可以多加几个中子来平衡，因此，质子数多的原子核，中子数目明显多于质子数目。但当质子数继续增多，终究会出现强力无法平衡库仑斥力的情况，这时就没有稳定的原子核了。因此原子核里的质子不可能无限多，元素周期表也不可能无限往下排。

　　参考资料：

　　为什么原子核中质子和中子数量的比例不会太大？

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　Q7****为什么电流通过灯丝之后会发光呢？

　　by 爱因斯坦

　　答：

　　电流通过灯丝之后会发光是指的白炽灯吧，白炽灯是将钨丝加热到白炽状态自发光实现照明的。白炽本质上就是物体的热辐射。

　　任何温度大于零的物体本身具有自发的热辐射，物体升温时，发出的热辐射主要波段会向短波方向移动，达到一定温度，就可以发出可见光波段的辐射，这时物体就可以发出红光，看起来就是红的，铁被烧到红热状态就处于这一状态。实际上，大多数固体或液体在超过525℃之后，都会具有轻度的暗红色，这个温度被称为draper点，低于这个温度的热辐射仍然存在，但主要集中在红外波段，可见光波段中的成分很少，因此难以用肉眼看到。

　　当物体温度继续上升，物体的热辐射向短波方向移动，也可以发出可以辨别的绿光或蓝光，但由于物体的热辐射频谱是连续的，此时，在整个可见光波段，我们看到的光可能是白色的。白炽灯在大约3000K时的热辐射大约就处于这一阶段。不过，此时，绝大多数能量仍处在红外频段，因此我们说白炽灯大部分能量都以热能形式散失了。

　　如果辐射对象符合热力学平衡中黑体的物理特征，则辐射称为黑体辐射。普朗克定律描述了黑体辐射的光谱，这仅取决于物体的温度。维恩的位移定律确定了发射辐射的最可能频率。下图就是根据位移定律绘制的热辐射频谱，可以明显看出，随着温度升高，辐射主要波段向短波方向移动。

　　热辐射反映了热能向电磁能的转化。热能是物质原子和分子随机运动的动能。所有具有非零温度的物质均由具有动能的粒子组成。这些原子和分子由质子和电子等带电粒子组成。粒子之间的动力学相互作用导致电荷加速和偶极振荡。这导致电动力产生耦合的电场和磁场，从而导致光子的发射，从而辐射能量从体内辐射。

　　参考资料：

　　Incandescent

　　Thermal radiation

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　**Q8****导体两端电压增加一倍，则电流强度增加一倍。那么，从微观层面解释，是导体截面的电子数目增加了一倍呢？还是电子运动速度增加了一倍？或者二者兼有之？**by 风筝

　　答：

　　按照最简单的电子运动理论，是电子加速一倍。

　　对于金属等良导体，一部分电子局域在原子核周围，形成能带论中所谓的“价带”，这些电子不能参与导电；另外一部分电子可以在各个原子核之间自由移动，处于能带论中的“导带”，导带中的电子可以作为载流子形成电流。良导体中导带与价带之间，电子一般不会“反复横跳”。从这个角度考虑，参与导电的电子数目是基本稳定的。

　　导体的能带模型，图源参考文献

　　电子在电压（或者说电场）作用下定向运动形成电流的物理图像，粗略来看包括两点：电子在电场下的加速运动，和受到金属中杂质散射失去动能减速。二者相互拮抗，使电子达到大体上的速度稳定。在加速阶段中，电子服从（量子力学版的）牛顿第二定律

　　，可以理解成一个匀加速过程；散射是指电子撞在比较重的杂质或者原子实上，失去一部分乃至大部分定向运动的速度。电子在散射——加速——散射——加速的循环中定向向前。于是，如果增加电压，电子的“加速度”也会增加，电子定向运动的平均速度也因此增加。当然，在经典力学的类比下，平均速度并不会与电压增加相同的倍数，但这并不影响我们理解定性的物理图像。

　　需要说明的是，这里我们只是用了最粗略的理论，来解释良导体的特性。如果考虑温度等因素以及半导体等体系，情况会变得复杂。

　　参考文献：

　　黄昆，固体物理学[M]，高等教育出版社，1988

　　by 藏痴

　　Q.E.D.