生活中的物理--电学

电火花的产生及有效预防

静电火花如何形成？

静电放电能否产生火花取决于放电能量的大小，不是取决于静电聚积到多少千伏。而放电能量的大小又取决于导体间的电位差及导体音质等效电容，导体间的放电能量计算公式如下：

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W=CV

式中：W—放电能量，单位J； C—导体间的等效电容，单位F；

V—导体间的电位差(平时说的电压)，单位V。

从上式可以明确看出，静电放电产生火花不能仅以电位差而论，在等效电容不确定的情况下，也无法确定静电聚积到多少千伏就会产生火花。

对于能产生火花的最小放电能量值，目前也没有明确的数据。但是，下列数据对实际工作有很重要的参考价值：

1．在感应电晕单次脉冲放电能量小于20μJ的情况下，有时就可产生声光，引燃能力甚小；

2．能产生中等引燃能力的放电能量一般不超过4mJ；

3．在相距较近的带电金属导体间的火花放电，由于释放能量比较集中，引燃能力很强； 4．当导体电极间的电位差低于1.5kV时，将不会因静电放电使最小点燃能量大于或等于0.25mJ的烷烃类石油蒸汽引燃；

5．在接地针尖等局部空间发生的感应电晕不会引燃最小点燃能量大于0.2mJ的可燃气； 6．轻质油品装油时，油面电位应低于12kV。 怎样有效预防？

《防止静电事故通用导则》（GB12158-90）、《化工企业静电安全检查规程》（HG/T23003-92）等国家标准、行业标准中已做了较为规范完善的规定，这些标准在我们今年编辑出版的《化工安全实用工作手册》中都已收录。考虑到您可能尚未购买，现将化工企业如何预防静电产生的危害简要回答如下：

1．所有金属装置、设备、管道、贮罐等都必须按标准进行接地。不允许有与地相绝缘的金属设备或金属零部件。亚导体或非导体应作间接接地，或采用静电屏蔽方法，屏蔽体必

须可靠接地。

（1）各生产装置系统或装置单元的总泄漏电阻都应在1×10Ω以下，各专设的静电接地电阻不应大于100Ω；

（2）金属设备与设备之间、管道与管道之间，如用金属法兰连接时，可不另接跨接线，但必须有2个以上的螺栓连接；其总泄漏电阻都必须在1×10Ω以下；

（3）平时不能接地的汽车槽车和槽船在装卸易燃液体时，必须在预设地点按操作规程的要求接地，特别是所用材料必须采用在撞击时不会发生火花的材料；

（4）直径大于2.5m或容积大于50m的大型金属装置应有2处以上的接地，较长的输送管道应每隔80-100m设1个接地点。

2．按操作规程控制在反应器内的易燃液体的搅拌速度。 3．装、卸和输送易燃液体时，防止静电产生。

（1）灌装时，液体应从槽车等大型容器底部进入，或将注入管伸入容器底部； （2）控制液体的流速：

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灌装铁路罐车时，液体在鹤管内的容许流速按下式计算： vD≤0.8

式中：v—烃类液体流速，单位m/s； D—鹤管内径，单位m。

大鹤管装车出口流速可以超过上述公式的计算值，但是不得大于5m/s。

（3）在输送和灌装过程中，应防止液体飞散喷溅，从底部或上部入罐的注油管末端应设计成不易使液体飞散的倒T形等形状或另加导流板；或在上部灌装时，使液体沿侧壁缓慢下流；

（4）对罐车等大型容器灌装烃类液体时，宜从底部进油。若不得已采用顶部进油时，则其注油管宜伸入罐内离罐底不大于200mm。在注油管未侵入液面前，其流速应限制在1m/s以内。

（5）烃类液体中应避免混入其他不相容的第二相杂质如水等，并应尽量减少和排除槽车底和管道中的积水。当管道内明显存在第二物相时，其流速应限制在1m/s以内； （6）在贮存罐、罐车等大型容器内，可燃性液体的表面不允许存在不接地的导电性漂浮物；

（7）当不能以控制流速等方法来减少静电积聚时，可以在管道的末端装设液体静电消

除器；

（8）在使用小型便携式容器灌装易燃绝缘性液体时，宜用金属或导静电容器，避免采用静电非导电体容器。对金属容器及金属漏斗应跨接并接地。

（9）在设备内进行灌装、搅拌或循环过程中，禁止检尺、取样、测温等现场操作； （10）当灌装、搅拌或循环停止后，应按操作规程静置一段时间后，才能进行下一步工序。

4．不宜采用非金属管输送易燃液体。如必须使用，宜采用可导电的管子或内设金属丝、网的管子，并将金属丝、网的一端可靠接地、或采用静电屏蔽。 5．气态粉态物料防护措施。

（1）在工艺设备的设计及结构上应避免粉体的不正常滞留、堆积和飞扬；同时应配置必要的密闭、清扫和排放装置；

（2）气体物料输送系统内，应防止偶然性外来金属导体混入，成为对地绝缘的导体； （3）应尽量采用金属导体制作管道或部件。当采用静电非导体时，应具体测量并评价其起电程度，必要时应采取相应措施；

（4）必要时，可在气流输送系统的管道中央，顺其走向加设两端接地的金属线，以降低其管内的静电电位，也可采用专用的管道静电消除器；

（5）高压可燃气体的对空排放，应选择适宜的流向和处所。对于压力高、容量大的气体如液氢排放时，宜在排放口装设专用的感应式消电器。

6．非导体，如橡胶、胶片、塑料薄膜、纸张等在生产过程中所产生的静电，应采取静电消除器消除。

7．如生产工艺条件许可，增加室内空气中的相对湿度至50%以上。 8．采取惰性气体保护。

9．大型料仓内部不应有突出的接地导体。在用顶部进料时，进料口不得伸出，应与仓顶取平。

10．人体及服装防护。

（1）重点防火防爆岗位的入门处，应设人体导静电装置；

（2）属0区、1区的防火防爆岗位（场所），且其可燃物的最小点燃能量在0.25mL以下时，操作人员（包括进入岗位的其他人员）应按要求穿好防静电鞋和防静电服； （3）严禁在岗位上穿、脱衣、裤或类似物

不洗手不开门的厕所

法国敦克尔克的一位57岁的瓷砖匠侯拜设计了一种新型厕所，对那些上了厕所后不洗手的人，厕所门上的电子锁就不会给打开。侯拜之所以发明这种厕所，是因为他希望改善餐厅人员的卫生习惯。

侯拜曾看到一则电视新闻报道说，巴黎一间酒吧装花生的盘子上留有许多人的尿迹。这件事促使他发明了这种厕所。

使用侯拜的这种新型厕所后，必须把手放在厕所内的盥洗水龙头下10秒钟以上，厕所的门才能打开。水龙头与厕所门上的电子锁是由光电管连通的。

电话的发明

现代通讯的奇迹--电话

1876年，美国费城举行了一次盛大的博览会，会上展出了当时世界上新发明的产品。一天，巴西国王莅临参观。国王兴致勃勃地观赏一只小盒子和听筒，年轻的发明家贝尔跑过来请国王把听筒放到耳边，而自己在远处讲话，国王听到贝尔的声音，大为震惊，高声地说：\我的上帝，他说话了！\贝尔告诉国王，这是Telephone--电话。从此，电话和贝尔名字就远扬四海。

贝尔是怎样发明电话的呢？

长距离间通话的设想，早已有之。到19世纪70年代，美国发明家格雷首先设计了一套\情侣电报装置\。他使用两个罐头盒，每只盒子底部由一条绷紧的绳子连结起来。当一个人对着一端罐头讲话时，振动通过绳子传达给另一端罐头。这个实验使格雷认识到人的声音由各种不同的频率的音调构成，如果能设计出合适发话器，再把声调变成电的讯号，传递后再在另一端变为话音，这不就实现远距离通话了吗？

格雷的设想虽好，但是实现它并不容易。这个艰巨任务落在另一个发明家贝尔肩上。 贝尔出生于英国苏格兰，1869年赴美国定居，担任波士顿大学语文教师。他从电报装置得到启示，决心把格雷的设想变为现实。

贝尔和他的助手华生动手设计了中心设置磁舌簧的发话器。这种发话器能传递各种频率的声音，振动舌簧通过电磁感应转换为各种电振荡。同样结构的装置放在一定距离的另一端，作为接收机用。1876年2月14日，这项发明获准专利登记。

不久，贝尔电话公司成立。当时的电话体积大得惊人，像个大箱子，发话人必须大声喊叫，而且只能在小城市范围内通话。

开发和完善电话技术的任务又落在大发明家爱迪生身上。他对贝尔的电话结构进行了革命性的改造，用碳粒接触来控制电流强度。同时，华生又增加了磁性电铃，制造了交换台设备。这时，电话才逐步达到完善地步。

1948年以来，晶体管逐步取代了继电器和其它通讯装置。1960年科学家又发明按键号盘，使用晶体管发出音频。近年来，又发展了用激光作为载波源的激光电话和代替主人回话的记录电话等，使电话成为现代生活不可缺少的工具。

格雷、贝尔、华生、爱迪生等作为电话发明的先驱而截入史册，贝尔电话公司的大名，迄今仍誉满全球。

不用光照就能发电的二极管

一般发电需要燃煤、燃油或靠原子能反应、化学反应等，这些物质用完了，电也就发不出来了。中国科学院生物物理研究所物理实验室徐业林研究员经过36年艰苦探索，研制成功一种能从周围环境中不断吸取能量发出电能的新型半导体器件：无偏二极管。

无偏二极管获取能量的途径与常规发电完全不同。它是向内能库要能量。在导体、半导体中有很多导电电子，它们以很高的速度作热运动，由于运动方向杂乱无章，互相抵消电流为零。无偏二极管在无任何偏置电流、电压的条件下，具有单向导电特性，故可将杂乱无章的热运动定向化，当将其两端用导线相连时，便形成了电流。这一能量是二极管中热运动速度高的电子降速换来的，因而二极管将降温；降温后的二极管从周围环境吸收热量。二极管发出的电流流过负载电阻，负载电阻发热，热量散发到周围环境中，通过环境再还给二极管，自然形成循环，二极管便可持续输出能量。它发电时不需光照，也不需温差，即便将它放入一个密封的金属盒中，电流电压也不会受任何影响。

目前，徐业林研制的无偏二极管，在带动负载的情况下，负载电压达100毫伏特，负载电流达0．1微安培；短路电流为5微安培。电压已达理论上限，电流理论上限为每平方厘米数百安培。

无偏二极管具有诱人的应用前景。它由硅构成，资源丰富，体积小。将多个无偏二极管串联，可以构成强大的发电器，带动各种电器，如作为手机、笔记本电脑、电动汽车等的电源。它不污染环境，从取之不尽的环境中获取能量，不需加油，不需充电，是一种新型的理

想能源。

这一成果已申请国家专利，最近又通过了专家评议。专家们认为该实验结果真实可信，理论分析合乎道理，建议有关部门给予大力资助和支持，以尽快使它走向实际应用。已为此奋战了36年的徐业林更是热切盼望得到企业界的支持。

超导世界的秘密

在电能传输过程中，由于导线电阻的存在，都要产生热效应，白白地消耗了电能，还会给机器、设备造成损害，科学家为此伤透了脑筋，千方百计地探索电阻很小甚至为零的导体输送电能。在人类以自己的智慧和劳动踏入从未进入的低温奇异世界时，1911年科学家发现在4.2K附近，水银的电阻消失了，这就是通常所说的超导现象。这时水银进入了一种新的状态，电阻变为零，这种特殊的导电性质的物质状态，科学家称为超导态。从此揭开了研究超导的第一页。超导现象这一伟大发现，促使人们挖掘物质世界中超导电性所隐藏的最神秘的宝藏。

具有超导电性的物质叫超导体，超导体电阻突然变为零的温度叫超导临界温度。至今已发现有28种元素、几千种合金和化合物是超导体。超导体进入超导状态时，不仅其内的电阻为零，而且体内的磁场也为零，表现出完全的抗磁性。请看一个有趣的实验：把由三条铜腿支撑着的铅碗浸入液氦中，这时温度为4K，铅进入超导状态，当永久磁棒靠近铅碗表面时，奇怪的现象发生了，磁棒悬空漂浮在碗的上面。这是由于铅碗的完全抗磁性产生了足够大的排斥力，与磁棒受到的重力相平衡的缘故。

长期以来，人们发现的超导体只能低温液氦区（4K左右）工作，这就需要许多低温设备和技术，费用很高且不方便，因而限制了超导体的应用。60年代开始，人们一直在探索把超导临界温度提高到液氮温区（77K）以上的办法，这就是高温超导研究。1986年高温超导研究取得了突破性的发展，科学家相继发现了许多高温超导物质。现在高温超导体的临界温度已达到130K左右，使超导体已走出了液氦的阴影，为人类挖掘超导电性所隐藏的宝藏开辟了广阔的前景。

现在超导的应用已闯入许多重要领域，如超导磁体、超导加速器、超导电动机等。但超导的广泛应用还要克服许多障碍，超导世界的奥秘有待进一步揭示。有位超导专家说过：“如果在常温下，例如300K左右能实现超导电现象，则将使现代文明的一切技术发生变化”科

学家正在超导世界中探索性能更好的高温超导材料，研究高温超导在技术上的应用。可以预见，超导将在能源、通信、计算机、医疗、交通各个领域中大显身手，为人类造福。

磁铁为什么会有磁性

磁铁会有磁性的原理：

磁铁吸铁由磁铁的特性决定的。如果按原子电流解释就是电流产生的磁场磁化别的物体， 磁化物体产生电场，电场互相作用产生力的作用。

物质大都是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由原子核和电子组成的。在原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。电子的这两种运动都会产生磁性。但是在大多数物质中，电子运动的方向各不相同、杂乱无章，磁效应相互抵消。因此，大多数物质在正常情况下，并不呈现磁性。

铁、钴、镍或铁氧体等铁磁类物质有所不同，它内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来，形成一个自发磁化区，这种自发磁化区就叫磁畴。铁磁类物质磁化后，内部的磁畴整整齐齐、方向一致地排列起来，使磁性加强，就构成磁铁了。磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程，磁化了的铁块和磁铁不同极性间产生吸引力，铁块就牢牢地与磁铁“粘”在一起了。我们就说磁铁有磁性了。

白炽电灯泡为什么呈梨形?

电灯泡的灯丝是用金属钨制成的。通电后，灯丝发热，温度高达2500℃以上。金属钨在高温下升华，一部分金属钨的微粒便从灯丝表面跑出来，附着在灯泡内壁上。时间一长，灯泡就会变黑，降低亮度，影响照明。

科学家们根据气体对流是自下而上的特点，在灯泡内充有少量惰性气体，并把灯泡做成梨形。这样，灯泡内的惰性气体对流时，金属钨蒸发时的黑色微粒大部分被气体卷到上方，附着在灯泡的颈部，便可保持玻璃透明，使灯泡亮度不受影响。

电灯的发明

电灯是人类征服黑夜的一大发明。19世纪前，人们用油灯、蜡烛等来照明，这虽已冲破黑夜，但仍未能把人类从黑夜的限制中彻底解放出来。只有发电机的诞生，才使人类能用

各色各样的电灯使世界大放光明，把黑夜变为白昼，扩大了人类活动的范围，赢得更多时间为社会创造财富。

真正发明电灯使之大放光明的是美国发明家爱迪生。他是铁路工人的孩子，小学未读完就辍学，在火车上卖报度日。爱迪生是一个异常勤奋的人，喜欢做各种实验，制作出许多巧妙机械。他对电器特别感兴趣，自从法拉第发明电机后，爱迪生就决心制造电灯，为人类带来光明。

爱迪生在认真总结了前人制造电灯的失败经验后，制定了详细的试验计划，分别在两方面进行试验：一是分类试验1600多种不同耐热的材料；二是改进抽空设备，使灯泡有高真空度。他还对新型发电机和电路分路系统等进行了研究。

爱迪生将1600多种耐热发光材料逐一地试验下来，唯独白金丝性能量好，但白金价格贵得惊人，必须找到更合适的材料来代替。1879年，几经实验，爱迪生最后决定用炭丝来做灯丝。他把一截棉丝撒满炭粉，弯成马蹄形，装到坩锅中加热，做成灯丝，放到灯泡中，再用抽气机抽去灯泡内空气，电灯亮了，竟能连续使用45个小时。就这样，世界上第一批炭丝的白炽灯问世了。1879年除夕，爱迪生电灯公司所在地洛帕克街灯火通明。 为了研制电灯，爱迪生在实验室里常常一天工作十几个小时，有时连续几天试验，发明炭丝作灯丝后，他又接连试验了6000多种植物纤维，最后又选用竹丝，通过高温密闭炉烧焦，再加工，得到炭化竹丝，装到灯泡里，再次提高了灯泡的真空度，电灯竟可连续点亮1200个小时。电灯的发明，曾使煤气股票3天内猛跌百分之十二。

继爱迪生之后，1909年，美国柯进尔奇发明了用钨丝代替炭丝，使电灯效率猛增。从此，电灯跃上新台阶，日光灯、碘钨灯等形形色色的灯如雨后春笋般登上照明舞台。 灯使黑暗化为光明，使大千世界变得更光彩夺目，绚丽多姿。

电磁炉工作原理及使用

一、 什么是电磁炉

电磁炉（又名电磁灶）--是现代厨房革命的产物，是无需明火或传导式加热的无火煮食厨具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具（炉具）。 二、 电磁炉工作原理

电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡

流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。

电磁炉不适用的锅

铜、铝、陶、玻璃材料的锅和容器，因为它们的分子都不是磁性分子，不能在磁场的作用下产生碰撞。磁性分子包括铁、钴、镍及其所属氧化物。

大楼清洗机器人

德国弗劳恩霍弗尔研究所，最近开发出一种代替人的大楼清洗机器人，新型大楼清洗机器人可能在未来，把人们从这一危险性的工作中解放出来。

新型大楼清洗机器人，主要借助其身上的数个吸盘，将自己牢牢固定在大楼外墙的立面上，并通过逐个移动吸盘向各个方向爬行。新型大楼清洗机器人配有一个感应探头，可以使其察觉并避开诸如大楼通风口、打开的窗户之类的障碍。新型大楼清洗机器人每小时可以清洗１２０平方米的大楼外墙表面，其性能可靠而且安全。新型大楼清洗机器人携带的清洗用水可以再循环，这样能避免人们在清洗大楼时水顺着大楼往下流的现象，也可以减轻机器人携带的水的重量。因此新型大楼清洗机器人将逐渐成为大楼清洗队伍中的主力军。

电与生活

生活中的物理知识——电与生活(1)

生活中离不开物理知识，物理知识和生活息息相关。电是物理知识中的一部分内容。每一天生活都离不开电。没有电，我们就无法正常生活和学习。所以我们要节约每一度电。 我家有电冰箱、洗衣机、电视机、电吸风、电风扇、电饭锅等这些用电的设备。 这些电器的用途都是各种各样的，它们是电冰箱是用来储藏食物、保鲜食物的工具。洗

衣机是用来洗衣服，可以减轻劳动强度，提高工作效率。电视机是用来告诉人们在世界上每一天的所发生的大事。冬天，电吹风是用来吹干头发，美化生活。电风扇可以用来避暑降温，晚上乘风纳凉。电饭锅可以用来煮饭，减轻人们负担。

从上面可以看出，我们的生活对于电有着密切的关系，如果我们在生活中没有电，就会很困难，在做作业时，也很困难，现在大多数人们家中都有电器了，可见，社会在进步，生活水平在提高，用电的范围也越来越广泛。

将来我到初二、初三，我要努力学习有关电的知识，为建设社会主义现代化而认真学习物理知识，为将来干一番事业打下坚实基础。

生活中的物理知识——电与生活(2)

在日常生活中，电与生活之间有着很密切的关系。

可以说，几乎每家每户都有电器，我家也是。在我的家里有冰箱，洗衣机、电视机等用电设备。冰箱能冷藏食物等东西，还可以使蔬菜、水果保鲜；洗衣机能帮助人们洗衣服，还可以把水挤干，碰到雨天，人们就不怕衣服不干了；而电视机则可以让人们知道各路信息，五彩缤纷的节目让人看得眼花缭乱??如果日常生活中没有了电，那么到了夜晚，就漆黑一片，要是月亮没出来，那真是伸手不见五指，各种日用电器也不会发明出来了，更不会给人们带来什么方便，只会带来烦恼。可见，电在日常生活中的地位是多么重要呀。 家电要慎用！常见电磁辐射大揭秘

科技的进步带来了生活上的便利，也带来了越来越多的电磁污染。什么是电磁污染？电视、电冰箱、电脑、手机等工作时，产生的电磁波就是电磁辐射。但电磁辐射和电磁污染不同，电磁辐射无处不在，而电磁污染只有在电磁辐射超过一定强度后，才会致人头疼、失眠、记忆衰退、视力下降、血压升高或下降等，严重的可能引起部分人员流产、白内障，甚至诱发癌症。

研究证实：磁场会增加儿童得癌的风险，而且从2mG（毫高斯）起，风险开始加倍。事实上，长期处在磁场超过1mG的地方你就已经受到辐射污染了，而实际上在家中所测到的数据远远高于这个数字。

卧室：“床头音响”勿放床头

床铺大概要算是测量家中电磁场的重头戏。如果长期睡在高磁场的地方，可以想见这影响有多大。由此也可以知道所谓的“床头音响”是不应该放置在床头的。原则上任何的电器

一。

1913年德国在北海海岸建立了世界上第一座潮汐发电站。我国大陆海岸线长，潮汐能资源很丰富。1957年我国在山东建成了第一座潮汐发电站。据不完全统计，我国潮汐能蕴藏量为1.1亿千瓦，年发电量可达2750千瓦时，其中可供开发的约3850万千瓦，年发电量870亿千瓦时，大约相当于40多个新安江水电站。

频谱仪的工作原理

现在，市面上出现了许多种类的频谱治疗仪产品，大多数是采用远红外波谱作用于人体皮下深层组织，达活化组织细胞，增强细胞代谢能力从而达到防病治病的目的。

近代科学证明，健康的人体组织细胞和非正常的组织细胞具有截然不同的波谱，这为诊断疾病带来了方便。于是如何进一步利用频谱治疗疾病是当今摆在科学工作者面前的重大课题。

我们从共振的现象得到了有益的启示，我们可不可以利用现代电子仪器来模仿健康的组织细胞的固有频率，并使其作用在不正常的组织细胞上，通过外界的频率诱导，使其逐步向正常频率靠近？经过不断的实践探索和改进，利用频谱治疗疾病的曙光渐渐明亮起来了。到目前为止，人类已经可以利用频谱治疗很多疾病了。

利用频谱治疗疾病的关键是首先必须掌握人体各种组织细胞的固有频率，人体组织细胞的种类繁多，频谱范围非常宽，因此有些频谱治疗仪是宽频设计，它的频谱几乎函盖了所有的人体组织细胞的频率范围，所以这种治疗仪是一种泛泛的保健型治疗仪，还无法精确治疗某种特定的疾病。为了治疗特定的疾病我们必须做到频率、作用范围、作用时间准确。因此频谱治疗仪的选定是有科学道理的，并不是象有些厂家宣传的那样包治百病的神机。 频谱治疗的机理到目前为止还是处在不断探索中，我们有理由相信，频谱治疗必将在人类战胜疾病方面占有一定的地位。

亲眼看看交流电

我们知道，家庭照明电路使用的是电压为220V的交流电，而且电流的强弱和方向依正弦规律变化。

如果有条件，你也许还从荧光屏上看过正弦曲线，但是你很可能仍留有疑问：

交流电在灯丝中忽强忽弱，忽左忽右，那么电流强时灯应该亮，电流为零时灯应该暗，可是怎么看不到灯有暗的时候呢？下面教给你可以看到灯有忽明忽暗的现象实验： 夜间，请你把屋内其他的灯关上，只留一盏日光灯。你在日光灯前挥一下手，就可以看到相互重叠但又有一定间隔的一串手的影子，如果伸出一个手指再挥动手臂，则手指不会重叠，而是一排手指的影子，这说明日光灯发光是有明有暗的；灯亮时照亮了你的手，灯暗时就看不见你的手，所以你的手成为一排亮暗间隔的影子，平时我们感觉不到灯有明暗变化是因为变化太快眼睛分辨不出来的缘故。

闪电为什么总是弯弯曲曲的

大家都知道，带异性电的两块云接近时放出闪电，闪道中因高温使空气体积迅速膨胀、水滴汽化而发出强烈的爆炸声，这就是我们常说的“闪电雷鸣”。

闪电为什么总是弯弯曲曲的呢？美国国家气象局的内泽特·赖德尔认为，每当暴风雨来临，雨点即能获得额外的电子。电子是带负电的，这些电子会追寻地面上的正电荷。额外的电子流出云层后，要碰撞别的电子，使别的电子也变成游离电子，因而产生了传导性轨迹。传导的轨迹会在空气中散布着的不规则形状的带电离子群中间跳跃着迂回延伸，而一般不会是直线。所以，闪电的轨迹总是蜿蜒曲折的。

神秘的闪电

黑色闪电 1974年6月23日17时45分，前苏联著名天文学家契尔诺夫在札巴洛日城曾亲眼看到一次飞速滚动的黑色闪电。时值一场大雷雨正袭击该城。开始是强烈的球状闪电，一会在它后边飞过一团黑色闪电，在灰色云层的背景下看得很清楚。更为有趣的是，前苏军上校包格旦诺夫，在莫斯科市的大白天里也目睹到一个平稳地、冒着气的黑色闪电，直径大约25—30厘米，像是雾状的凝结物。它的身后呈淡红色的阴影，周围呈现深棕色的光轮，像烧红了的大火球，飞快地滚动，不久就爆炸了。

科学家们观察研究后发现，黑色闪电常在树上、桅杆上、房顶上和金属表面上，呈现出瘤体状或泥团状。当人们用物体敲打或摘除它时，它便会燃烧或爆炸。

黑色闪电的“本来面目”很难被揭穿，人们往往把它看成是一只鸟儿或其它物体，因此是最危险的闪电。当人们或飞机接近时，它会变成球状体并发生爆炸。

黑色闪电是怎样形成的呢?科学家们研究结论是：它是由分子气溶胶聚集物产生出来的。它是由于太阳、宇宙光、云电场、条状闪电等因素长时间作用于空气产生的。当聚集物基本聚成球状时，就会变成能爆炸的黑色闪电。

干闪电 海外闪电研究专家告诫世人，即使在没有暴雨和雷声的时候，也要当心干闪电的突然袭击。因为云层中的空气和水粒子的湍流作用会在大气中形成电荷，由此形成的闪电已使许多人丧生。离赤道较近的新加坡在过去的40年里就有一百多人遭到这种被称为干闪电的袭击而死去。1995年12月份的一天，天空中形成的使人们无法用裸眼测出的干闪电将一名正在起重机上操作的33岁的男子击中，起重机也被击毁。

科研人员认为，即使在天空中没有下过一点雨珠也听不到雷响的情况下，闪电活动也可能产生。一般说来，只要在天空中发现类似要下暴雨的云层，在高空作业或野外空旷地区工作的人员就应该马上回到室内或寻找一处较为安全的地方避免可能出现的干闪电的袭击。 海底闪电大气中的闪电打雷司空见惯，这是由于空气的导电能力差，当乌云中正负电荷积累到一定程度，就会放电。而海水是咸的，且浓度大，导电率相对较好，似乎无法积聚起大量的电荷，怎么能产生闪电现象呢? 海底也有闪电，这是前苏联科学家在日本海底发现的。灵敏的电场仪表明，海底放电的频率与大气中闪电的频率相同。这使科学家们大惑不解。因为按照水文物理学规律，深层海水的导电率良好，理应与雷公雷母无缘。

科学家们经过反复试验，最后认为：电荷源实际上来自陆地上近海岸的空中，再经过岩石传导，一直深入到海底。但随着传导距离的增加，电量逐渐减少。因此，海底测得的放电量一般是较弱的。这样看来，海底世界并不平静，它程度不同的与陆地世界息息相通。无论海洋，还是陆地，都是地球不可分割的组成部分，无怪乎总是难舍难分的。

数字电视离百姓越来越近

上世纪末的中国彩电市场，可谓“一波未平，一波又起”，降价风潮一个接着一个，价格战打得“山穷水尽”。事实上，一轮接一轮的降价风潮不仅意味着市场竞争激烈程度的加剧，而且也是传统彩电（模拟电视）即将为新一代数字电视淘汰出局的前兆。

随着数字化、信息化、网络化社会时代的发展，作为数字时代显示终端的数字电视的地位也日益重要起来。数字电视同传统的模拟电视相比，最根本的区别是，从节目制作、节目传送、节目接收的全过程，均采用数字技术。通过数字电视，人们不但能收看到画质清晰的电视节目，还可以通过网络机顶盒实现微机联网、视频电视、收发电子邮件、家庭购物、学

习娱乐等许多功能。有鉴于此，数字电视市场已日益成为新的经济增长点。据一份国际数字电视预测资料显示，到今年年底其市场销售规模将达到1000亿美元，是继半导体芯片市场之后，世界上规模最大的新兴市场。为充分赢得市场份额，美日韩等多家公司纷纷推出自己开发的数字电视。与此同时，国内彩电企业也不甘落后，纷纷斥巨资研制数字电视。近期TCL集团推出的拥有自己独立知识产权的数字高清晰显示 电视DTV2000和DTV2912备受国人的关注。

作为数字时代显示终端的数字电视，可谓是电视节目收看的“巧妇”，但“巧妇无米（数字信号源）也难为炊”。只有为数字电视提供 了充足的信号源，数字电视才能如虎添翼。据了解，美国于去年秋季巳正式开播了数字电视节目。目前，我国可接收的卫生直播数字电视节目已达到40多套，除我国自己播放的20多套之外，还有美日韩等国播放的节目。以上的事实说明，我国数字电视的使用环境已初具雏形。以TCL集团的DTV2912数字高清晰显示电视为例，它的市场价已突破6000元大关，这一价格离多数消费者已不遥远，看来国产数字电视进人百姓家庭已指日可待了。

进人21世纪，中国彩电业迎来数字时代已是不争的事实。在经济全球一体化，国际市场竞争日趋激烈的今天，中国彩电企业只有把握数字时代电子消费的发展时机，适时培育国内市场，才能充分掌控数字电视的市场份额。可喜的是，中国多数彩电企业已经未雨绸缎，正投入巨资研制数字电视。其中作为我国首次拥有独立知识产权的TCL集团研制的DTV2000数字高清晰彩电，已批量生产供应国内外多家科研单位。据了解，DTV2000集高清晰度电视（HDTV）显示、模拟电视信号好收、计算机显示器于一体，其图像分辨率超过800线，而且还可以配合美国 ATSC、欧洲 DVBT 数字电视标准和未来中国的HDTV标准。数字电视是一个发展中的新兴产业，美、日、欧为争夺世界市场进行了多年准备中国巨大的潜在市场必将成为他们争夺的焦点，现实严峻。相信不远的将来，中外彩电企业争夺数字电视市场的大战就会爆发。

太阳能发电是怎样的

太阳能电池发电 即是通过太阳能电池又叫光伏电池（是由各种具有不同电子特性的半导体材料薄膜制成的平展晶体，可产生强大的内部电场），为了保护这些光伏电池不受环境影响，需要把它们连接起来并封装在组件中，当光线进入晶体时，由光产生的电子被这些电场分离，在太阳能电池的顶面和底面之间产生电动势。这时，如果用电路连通，就会产生直

流电流，这些电流储存到蓄电池，再通过固态电子功率调节装置转换成所需的交流电提供给各种负载。所以晚上没有太阳时，负载是一样可以正常工作的。

太阳能电池发电系统可分为太阳能热发电和太阳能光发电两种。太阳能热发电就是利 用太阳能将水加热，使产生的蒸汽去驱除汽轮机发电机组。根据热电转换方式的不同， 把太阳能电站分为集中型太阳能电站和分散型太阳能电站。塔式太阳能电站是集中型的 一种，既在地面上敷设大量的集热器阵列，在阵列中适当地点建一高塔，在塔顶设置吸 热器，从集热器来的阳光热集到吸热器上，使吸热器内的工作介质温度提高，变成蒸汽 通过管道把蒸汽送到地面上的汽轮机发电机组发电。

太阳能电站，一般采用多组反光镜把太阳光转变成水蒸气的内能，然后水蒸气再推动发电机发电。

左侧为太阳能电池

右侧为太阳能电站

为什么电冰箱停机后不能立即开机

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C～58C，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117007帕左右，两侧的压强差很大(压力差也是很大)，停机后两侧系统仍然保持这个压力差，如果立即起动，压缩机活塞压力加大，电机的压动力矩不能克服这样的压力差，使电机不能起动，处于堵转状态，这就使得旋转磁场相对于转子的转速加快，磁通量的变化率加大了，从而导致电机绕组的电流剧增，温度升高，如果时间长，很有可能烧毁电机。因此要求停机后过4～5分钟再起动。

为什么雷声总是响很长时间

大家都知道闪电是怎么回事。它是高空运动云互相摩擦时产生的静电，当静电积累到很多时就会放电，从而形成了我们看到的划破长空的闪电。 雷声实际上就是闪电击穿空气时产生的。

一道闪电通常有几百米到几千米，那么这道闪电击穿空气时发出的声响传到我们耳中所需的时间就会差几秒、十几秒（声音在空气中的传播速度是340m/s）。况且，雷声在云和云之间还会来回反射，所以当一道闪电过后，我们才会听到雷声，而且雷声“隆隆”作响持续很长时间。

相扑机器人

机器人相扑是日本常设的比赛项目。

现代的日本相扑协会成立于1925年，但相扑运动的历史可追溯至1500多年以前。它起源于日本古代的预卜丰收的传统仪式，经过不断演变延续至今，对日本人的生活产生了重要影响。近年来随着机器人技术的进步和机器人科普活动的开展，人们将相扑这种运动形式与机器人技术结合在一起，导致了机器人相扑活动的兴起。

根据目前的比赛规则，对相扑机器人的大小只规定了其长和宽各在20厘米以内，对机器人的高度并不加限制，但要求机器人的重量不得超过3公斤。显然，这与对运动员的身高和体得均不加限制的人类相扑运动有所不同。

机器人的比赛场地是高5CM、直径为15CM的圆形台面。台面上敷以黑色的硬质橡胶，硬质橡胶的边缘处涂有5CM宽的白线。这种以黑白两色构成边界的比赛场地便于相扑机器人利用低成本的光电传感器进行出界识别。此外，相扑机器人上所附的其他类型的传感器（如识别比赛对手的超声波传感器、触觉传感器等）的成本也都不是很高，所以这种比赛形式充分考虑到了降低机器人整机成本的需要，比较适合当时的技术经济发展水平。

另外，在机器人相扑大会上机器人具体分成了“自立型”和“无线型”两种规格分别进行比赛。这两种机器人除操作方法有所不同外，在其它方面并无大的区别。比赛方式均采用了淘汰制，在各场比赛中三分钟内先取2分者为胜。

日本号称“机器人王国”，目前是世界上最大的机器人生产国，其制造的机器人占世界总量的一半以上，并拥有数量可观的从事机器人生产和研制的专业人员。一些目前已很有成就的机器人研究者在提及自己当初的专业选择时，都与他们在孩童时代所受的“铁臂阿童木”等科普作品的影响联系起来。的确，日本科普作家笔下的“铁臂阿童木”、“机器猫”等机器人卡通形象在这个国家可谓家喻户晓，深受欢迎，充当了不少人的科普启蒙教师。近年来，机器人相扑、机器人足球等生产资料活动又为广大青少年提供了更为直接地了解和学习机器人技术的机会，这对造就今后的机器人专业技术人才队伍方面所产生的影响也同样不可低估。

机器人相扑的特点

机器人相扑既然是由人类相扑运动发展而来的，所以在许多标准和规则的制定上自然会受到人类相扑运动的种种影响。譬如，作为机器人相扑运动场地的圆形台面的直径是154CM，这个数字就源自当时的“横纲”级相扑选手的体得与身高之和除以2得到的。现在，这位获得过三十多次优胜的著名“横纲”已经退役（历史上曾产生了50多位“横纲”级相扑选手）。目前现役的“横纲”有两位：一名叫“贵之花”，他是典型的日本受训多年，但却是来自美国夏威夷的选手。

实际上，由于相扑运动无重量级别的限制，所以与日本当地的选手比较起来，外国出生的相扑选手在身高和体得上往往占有更多的优势。因此，“小锦”和“曙”这样的来自国外的选手的不断介入，目前已给日本的这门国粹运动项目的发展带来了十分微妙的影响。 不过，与人类的相扑运动不现，机器人相扑受到上述因素的影响要小得多，并且作为一

种科普活动，它还有着三项非常突出的特点；

相扑机器人制作简单，普及容易。因为每个比赛方仅需一台机器人出场，机器人的整机成本也低，以至于在机器人相扑大会开赛仅第四年的1993年，参赛机器人就超过了1000台。

由于竞技过程是双方机器人“身体”的直接较量，气氛紧张、比赛激烈，所以机器人相扑活动极度富竞技性和观赏性，很容易引起参赛者和观众的强烈兴趣。

比赛规则比较宽松，给参赛者的创造性发挥留有较大有空间。例如，为了防止被对手推下赛台，有的相扑机器人人采取了必要时可将自已的底部吸附在比赛场地上的方法。并靠这种策略多次赢得了胜利。

基于机器人相扑活动的以上特点，我们认为伴随着21世纪机器人技术的持续发展和机器人产业的逐步扩大，“机器人相扑”（或以类似的“机器人摔跤”、“机器人武术”、“机器人柔道”、“机器人拳击”、“机器人散打”等形式）也许能作为一种受欢迎的机器人生产科普活动在更广泛的国家和地区发挥作用。

新的污染-电磁辐射

北京市科学研究所电磁防护研究室主任 赵玉峰教授

在电气化高度发展的今天，在地球上，各式各样的电磁波充满人类生活的间。无线电广播、电视、无线电通讯、卫星通讯；无线电导航；雷达；微波中继站；电子计算机；高频淬火、焊接、熔炬；塑料热合、微波加热与干燥；短波与微波治疗；高压、超高压输电网、变电站等的广泛应用，对于促进社会时步与人类物质文化生活带来了极大的便利，做出屯巨大贡献!但是随之而来的电磁污染日趋严重，不仅危害人体健康，产生多方面的严重负面效应，而且阻碍与影响了正当发射功能设施的应用与发展。

目前与人们日常密切相关的“大哥大”、对讲机；家庭电脑；电热毯；微波炉等家用电器等相继进入千家万户，通信事业的崛起，又使\大哥大\成为这个时代的“宠物”。给人们的学习、经济带来极大的方便。

当您与家人围坐电视旁欣赏节目，或驾驶计算机在世界信息交互网络上遨游时，你可能不会想到，家用电器、电子设备在使用过程中都会不同程度地产生不同波长和频率的电磁波，这些电磁波无色无味、看不见摸不着穿透力强，且充斥整个空间，令人防不防，成为一种新污染源，正悄悄地侵蚀着你的躯体，影响着你的健康，引发了种种社会文明病。根据国外资

料 显示，电磁辐射已成为当今危害人类健康的致病源之一。调查表明，在2毫高斯以上电磁波磁场中，人群患白血病的为正常的2.93倍，肌肉肿瘤的为正常的3.26倍。由于计算机的工作频率范围在150KHz-500MHz，这是一段包括中波、短波、超短波与微波等频段的宽带辐射，按标准评价，电脑的上部与两侧等部位均超标几十倍，最高达45倍。

孕妇在怀孕期的前三个月尤其要避免接触电磁辐射。因为当胚胎儿在母体内时，对有害因素的毒性作用比成人敏感，受到电磁辐射后，将产生不良的影响。

如果是在胚胎形成期，受到电磁辐射，有可能导致流产；如果是在胎儿的发育期，若受到辐射，也可能 伤中枢神经系统，导致婴儿智力低下。

征服雷电的避雷针

在18世纪以前，人类对于雷电的性质还不了解，那些信奉上帝的人，把雷电引起的火灾看作是上帝的惩罚。但一些富有科学精神的人，则已在探索雷电的秘密了。

1749年，波尔多科学院悬赏征求这样一个问题的答案：“在电和雷之间有什么类似之处？”一个叫巴巴雷特的医生在论文中宣称：电跟雷是一回事。他的论文因此而中奖。 然而，真正以科学实验寻求答案的，却是美国的富兰克林。富兰克林出生于北美东海岸的海港市波士顿。在他出生时，他的父亲已经51岁了。在他前面已有了11个哥哥和姐姐。富兰克林的父亲原是英国的一个染匠，为逃避斯图亚特王朝复辟时期的宗教迫害而远涉重洋，来到北美，在波士顿开了一家小作坊，以制蜡烛和肥皂为业。

富兰克林自幼勤奋好学，他的父亲曾极想让他上大学，以便成为一个新教神学家。无奈家境太苦，所以富兰克林只上了两年公立小学和一年私立小学之后便停学了。停学后，富兰克林曾先后在自家和他家的作坊学徒。后来又进了他大哥开的印刷所，一边做工，一边自学。 富兰克林17岁时离开波士顿，先后在纽约、费城等地流浪，后来又到了英国，不久又返回北美。在社会这所大学中，他把自己培养成了一名出色的社会活动家。

1746年，40岁的富兰克林开始全力投入电学研究。1749年，他进行了一些新的电学实验。在一次实验中，为了增大电容量，他把几个莱顿瓶连接在一起。当时，他的妻子丽达正在一旁观看他的实验。她无意中碰到了莱顿瓶上的金属杆，只见一团电火花一冒，并随之传出一声怪响，丽达已应声倒地。原来丽达受到了电击。幸好当时的电容量不大，丽达躺了一个星期才慢慢好转。

这次使丽达差点送命的电击实验给富兰克林很大启示。他联想到人们对雷电的两种不同

的观念，决定从理论上探讨雷电的实质。富兰克林通过实验，证明正负电荷在短路时发生的火花、响声和雷电非常相似，他确信：雷电就是自然界的电。富兰克林弄清了雷电的性质之后，就开始研究控制雷电、避免雷击的办法。当时，荷兰莱顿大学一位叫马森布洛克的教授做过一个试验：在一个玻璃瓶里装上水，用来储存磨擦起电产生的电荷。试验成功后，经过改进，在瓶的内外贴上金属箔，正式叫做莱顿瓶。富兰克林认为，既然莱顿瓶里的电可以引进引出，自然界的电也应该能通过导线从天上引下来。

那么，怎样才能把雷电从天上引下来呢？细心的富兰克林观察到，闪电和电火花都是瞬时发生的，而且光和声都集中在物体的尖端。他由此想到，如果将带尖的金属杆装在屋顶上，再用电线把金属杆和地面相连，不就可以把空中的电引到地下来吗？这样就能避免高大建筑遭受雷击。

1752年6月，富兰克林冒着生命危险，进行了著名的费城风筝试验。这一天，狂风漫卷，阴云密布，一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大，风筝很快就被放入高空。刹那，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线躲进一个建筑物内。此时，刚好一道闪电从风筝上空掠过，富兰克林的手上立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“我被电击了！我被电击了！”随即他用一串铜钥匙与风筝线接触，钥匙上立即放射出一串电火花。随后，他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。

在进行风筝实验之后的当年，富兰克林就发明了避雷针。其办法是：在建筑物的最高处立上一根2米至3米高的金属杆，用金属线使它和地面相连接，等到雷雨天气，雷电驯服地沿着金属线流向地下，建筑物就不会遭雷电了。

富兰克林为了推广避雷针的使用，专门写了《怎样使房屋等免遭雷电的袭击》的文章。文章发表后，美国的各个城市马上就开始安装避雷针。但这却遭到教士们的反对，他们说雷电是上帝的震怒。也有人因缺乏电的知识对避雷针的使用持怀疑态度。有个叫普林斯的医生发表看法说：“如果把雷电导入地里，那儿带的电就会增加，就很可能发生地震。”“啊！”他叫道：“我们无法逃脱上帝的惩罚！如果我们逃脱了来自空中的惩罚，却不能逃脱来自地上的惩罚??”避雷针在法国也受到了强烈反对。圣奥梅尔的居民对当地安装了避雷装置的人提出控告，他们害怕惩罚这种亵渎行为。

尽管有人反对，但避雷针还是普及开来了，因为事实证明，拒绝安装避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击，而比教堂更高的建筑物由于装上了避雷针而安然无恙。

避雷针传入英国后，英国人开始时广泛采用了富兰克林的尖头避雷针。但美国的独立战争爆发后，富兰克林的尖头避雷针在英国人眼中似乎成了将要诞生的美国的象征。据说当时英国的国王乔治三世出于反对美国革命的盛怒，曾下令把英国全部皇家建筑物上的避雷针的尖头上统统装上圆头，以示与作为美国象征的尖头避雷针势不两立。

避雷针是早期电学研究中的第一项具有重大应用价值的技术成果，它不仅使人类免受“雷公”肆虐之苦，而且也使雷电和上帝脱离了关系。

避雷针传入英国后，英国人开始时广泛采用了富兰克林的尖头避雷针。但美国的独立战争爆发后，富兰克林的尖头避雷针在英国人眼中似乎成了将要诞生的美国的象征。据说当时英国的国王乔治三世出于反对美国革命的盛怒，曾下令把英国全部皇家建筑物上的避雷针的尖头上统统装上圆头，以示与作为美国象征的尖头避雷针势不两立。

避雷针是早期电学研究中的第一项具有重大应用价值的技术成果，它不仅使人类免受“雷公”肆虐之苦，而且也使雷电和上帝脱离了关系。

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