.关上加热器
冬季,如果你要离开家约一刻钟去买东西,为了节约能源,你最好关闭加热器. 当外界很冷时,你的房子总是在丢失热量,如果它不损失热量,你只需加热一次房间就可以永远保持温暖,加热器是用来补偿损失的热量,那么损失的热量是多少呢 这由房子的保温性能和外界的寒冷程度来决定.房子内外温差越大,降温速度便越快(这是牛顿的冷却定律:降温速度正比于温差).你离开家以后,保持房内暖热所失去的热量多于房内温度较低时失去的热量.与外界相比,屋内温度越高,它损失热量的速度越快.当然,没有温差就不需要供热.
我们可以形象地将房子想象成有许多小洞的水桶,桶内水面高度代表室温.桶内水面越高,水在洞口的压力就越大.水流速度就越快.保持高水面每分钟所需的水量大于保持低水面所需的水量.显而易见,如果我们要节约水,只需将水面降低.如果将水龙头关闭,哪怕是很短一段时间,不就能节约更多的水吗只要稍微想一下便会发现,将水龙头完全关闭后,在需要时再次充满它,所需水量比保持同一水平面和以相应速度漏出的水量要小得多.当桶内水量为零或接近于零时,水面升得很快,因为此时流入量大于漏出量,直到流入量和漏出量相等时,水面就保持不变了.
因此.就象关掉龙头后再次给有洞的水桶充水所需水量小于保持水面不变所需水量一样,再次加热已冷却的房间所需热量小于保持室内温度高于室外温度所需热量.
为了节约能源,要随手关灯,在你离开家时,别忘了关上加热器.
2.圆盘的扩大
张开你想象的翅膀,设想我们称作太阳的圆盘变得很大很大,并假定随着圆盘的扩大,每一小部分的强度减弱,因此我们得到的总能量是不变的.现在假设这个大圆盘充满了整个天空,于是没有了昼夜之别,不管在任何地方都可在24小时内得到均匀的太阳光,而不是只在白天.我们获得的能量与太阳扩大之前是一样的.假设上述情况真的发生了,那么地球的平均温度将:不变.
在太阳扩大后,地球获得的能量没有变,地球温度必须保持足够高,以便将从太阳获得的能量辐射回空间中去,因此,即使太阳布满了整个天空,地球温度是不变的.但是,太阳的温度却是要改变的.因此使同样的能量分散,使它从一个大的面积上辐射出来,必然导致其温度下降.所以,随着圆盘的扩大,它的温度会降低,太阳也就由黄色变为桔黄再变为红色.
3.吸收体是黑色的 眼睛的虹膜有不同颜色,而瞳孔却只有一种颜色――黑色,这是因为:好的吸收体总是黑色的。 可以问一下你的老师,为什么黑色物体是很好的吸收体,即黑色物体吸收的能量多于白色物体,它的机制是什么 如果你的老师并没有发现到这个问题本身是一种误解,而企图找出答案,那将使自己陷入困境.这是因为黑色表面能吸收更多的辐射热量是一个错误的概念.严格说,应反过来讲,一个强吸收的表面,因为它能吸收大部分能量而表现为黑色.例如,眼睛的瞳孔能吸收光,因而表现为黑色的.不能说因为瞳孔是黑色的,它所以能吸收光.表现为黑色是瞳孔吸收光能的结果,而不是原因.
这个问题又包含着另一个问题,"为什么好的吸收器呈现为黑色 "这是因为吸收与反射是两个相反过程,一个表面不可能同时既是一个很好的吸收体,又是一个很好的反射体.如果它的吸收能力强,它的反射能力就弱.如果一个表面吸收了所有到达其上的辐射能,而一点也不反射,它看上去就是黑色的.眼睛的瞳孔就是一个空腔,不反射一点光,就象上个问题中提到的窗户一样,表现为黑色.
4.水壶哨音
一只水壶直接放在火焰上加热,而另一只放在直接置于火焰上的金属板上.当水沸腾即发出哨音时关闭炉子,此时:
放在金属板上的水壶继续出声,而另一只立刻停止声音.
这个问题也许会使物理很好的学生犯错误,他可能认为由于金属的热容量小于水的热容量,所以金属提供的热量不如水的.可这个问题的关键在于金属的温度高于水壶里的水的温度.因为热量是从金属板传入水壶的,当然金属板更热些,而旦在关闭炉子后,它的高温还要保持一段时间.在这段时间里,热量由金属板传入水壶而使它发出响声.如果没有金属板,炉子一关就没有热量传给茶壶,它也就不再出声了.
5.金属环的膨胀
加热一金属圆环直到金属膨胀了1%,那么圆环中心的圆孔的直径将:变大.
圆孔不过是个空缺,而空缺也会膨胀,这是无法避免的.所有圆环的尺寸都要按比例胀大.形象地说,设想有一张圆环的照片,将其放大1%,照片上的任何部位都将被放大,当然圆也不例外.
也可以这样理解这个问题:将圆环弄直使它形成一直棒,加热时,它不仅变厚而且变长,这样当这根直棒再弯成环形时,内部圆孔的周长就象它的厚度一样也变大了.
如果我们想象一块方金属板中间有一方孔,那么很容易看出方孔将由于金属板的膨胀而变大.把方金属板切成小方块,加热使它们膨胀,再将它们拼成原样,方孔便同固体金属一样也膨胀了.
以前,铁匠给木轮加轮箍是采用这种方法:将略小于车轮外缘的轮箍加热,由于加热使轮箍膨胀,此时把轮箍刚好套在木轮上.待冷却后,不需任何另外的固定便会很牢固地箍在木轮上.
下次,当你打开一个罐子上的金属盖时,在热水里浸一下或放在热炉子上加热片刻,因盖子以及它的内周长的膨胀而很容易打开了.
6.生锈的螺母
螺钉上有一只生锈的螺母,那么用加热的方法可以取下它.回忆一下"圆环的膨胀".螺母与螺钉并非紧密地挨在一起的,两者之间总有一点很小的空隙.螺母固定得很紧,问题在于这空隙大小.怎样才能使这空隙变大一些呢 加热.加热可以使任何物体膨胀,螺母膨胀,螺钉也膨胀,最后重要的是,两者间的空隙也膨胀.因此,要想旋松螺母,就加热尽管螺钉也会膨胀.