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文盲也能看懂的物理科普二系-亚博APP - 有安全保障

发布时间 : 2021-04-25 浏览: 12040次 作者:亚博APP安全有保障

亚博APP - 有安全保障_辐射家族的每一项新的科学发现都清楚地表明,世界总是比我们想象的要简单。但是每一个新的发现总是出乎我们的意料。这是因为我们首先看到的永远只是表象。卢瑟福想出了原子可能出现的样子,却想不出它的机制。

如果原子按照卢瑟福的“行星系统”模型运转,电子就会崩溃。当电子崩溃时,原子就不存在了。当原子不存在时,我们的世界就结束了。然而,当每个人都睁开眼睛睡觉时,太阳照常升起,老鼠照常偷米,财产照顾社区,阿希照顾相机,阿智照顾勇敢的女人,世界很好,美德仍然存在,所以你可以成为一只河狮和猫。

于是我们松了一口气。不管同志们有多放心,卢瑟福都醒了。他意识到这是一个灾难性的问题。

“稳定的原子结构”并不是那么容易理解的,所以他选择暂时放弃:“为了这个模型的稳定性,在这个阶段,有必要考虑一下。”指出这是由原子微小结构——带电部分的运动决定的。

言下之意是这是一个细节问题,不影响原子结构的全局。伟大的老师卢瑟福,最好先听。我们暂时放下了主导的电子和原子核,回到了波粒战争如火如荼的日子里,观看行程。你还在做什么?继续,这次真的是关于“光”的!1800年,英国。

有一个小黑屋。唯一的窗户被木板堵住了。但是,板子上有一个长方形的孔,孔里放了一个棱镜!场景似乎很熟悉。

是的,一束光被棱镜偏转,一条彩色光带投射在测试台上。这是牛爷的色散实验吗?人和实验都是错的。

牛爷七十多年前就去世了,这个实验不是弥散实验。这个实验比牛爷的实验多了一个工具:温度计。每种颜色的光带上放一个温度计,还是挺准的。

从紫色到红色,温度计的读数都比对方高。这说明红光更容易让物体发烧。

这个发现让实验者有点激动和好奇。他把温度计放在红灯外面,发现这个光带外的温度计读数比其他温度计高!这是什么意思?说明红灯外有看不见的光!实验者称之为“热线”。在光谱中,“热线”位于红光之外,所以我们称之为昏厥后的“红外线”。

实验者是弗里德里希威廉赫歇尔,英国人,天文学家,古典作曲家和音乐家。皇家天文学会第一任主席。

赫歇尔用自己的大型反射望远镜发现了天王星及其两个卫星,土星的两个卫星,研究了太阳的空间运动,模拟了第一个双星和多星表,公布了星团和星云的名单,研究了被称为恒星天文学之父的银河系的结构。大自然神奇,科研也神奇。

赫歇尔发现红外线的第二年,紫外线还不够。寂地被发现了。德国的约翰瑞特听说赫歇尔发现了红外线,非常感兴趣。

他想,光谱太美了,红端外面有看不见的辐射,为什么紫端外面要空着呢?肯定也有!这种自信的推测来自一个简单而深刻的信念:科学学科的对称性。但是怎么才能找到呢?离紫端越远,热效应越不显著,所以用温度计肯定是无效的。

里特开始想别的办法。1801年,一瓶氯化银溶液来到里特。里特的眼睛亮了。

氯化银受热暴光,会解剖银。我们通常看到的银砖、银条和银首饰是水晶和金属白色的。水晶是什么?它的意思是“原子、分子和固体按平移周期规律排列”。自然界的固体物质大多是晶体。

那么,什么是“平移周期性”?哦,跑题了,转回——,但是氯化银沉淀的银是微小颗粒,光反射和晶体不同。所以氯化银在光照下,看起来颜色逐渐变深,先紫后黑。 当时化学家都知道这个代码。

真巧?里特恰好是化学家!他深情地看着这瓶氯化银溶液:只有你~……!他拿了一张纸,蘸了氯化银溶液,放在紫光外面。我很期待。的确,黑了,黑了,纸上的氯化银渐渐变黑了!谁真正存在雷!里特称之为“脱氧射线”,以强调它是一种化学反应。

后来简称为“化学光”,相当流行了一段时间。一年后换成了大家熟悉的“紫外线”。等等,好像有点不对劲。前面不是说频率越高能量越大吗?按照高低不平的频率,上面提到的三种光紫外线最高,可见光从紫色到红色越来越低,红外线最低。

为什么与热效应相比,红外线最强,紫外线最弱?虽然问题又跑题了,但问题还是要回答。因为,当时的人还挺不解的。还有,辐射和量子论的内容有关系,所以是预演。

当时,人们认为物体发热是由进入物体的“热质”引起的。拉姆福德伯爵本杰明汤普森(出生于美国,后来成为英国物理学家)展示了阻力,并做了一个摩擦生热的实验,但没有人相信。

因为人们认为材料一搓,周围喜欢凑热闹的热群众就来了。你看,就是“热团”。之后,法拉第的老师大卫也给同志们演示了一个实验:在一个与周围条件隔绝的真空容器中,两片冰通过机械相互摩擦,直到融化成水。

这一次“热质”进不去,冰还是融化了。你要一直相信运动会产生热量?事实是,仍然没有多少人相信它,只有托马斯杨对“热质量”理论表示了抵制。随着热力学的发展,人们逐渐相信热是一种运动。

分子或原子振动得越快,其温度就越高。众所周知,物质化学键的振动能级几乎是一样的,一般在红外线的频率范围内。因此,红外线的照射最容易引起分子和原子的共振,这反映在温升上。

另一方面,分子和原子的振动也会辐射出红外线。紫外线频率太高,不会引起分子和原子之间的共振。所以它的热效应比不上红外线。

除此之外,高能有它自己的用途,紫外线的化学作用比红外线更显著。从上面可以看出,红外频率越接近原子振动能级,热效率越高。原子振动的能级略有不同,所以如果你设厂,需要用电磁波加热,你必须找出电磁波的哪个频率对你加工的工具热效率最高。步入正轨子了,就节能环保又省钱。

既然聊到红外线、紫外线,咱们就顺便聊聊关于辐射的那些事儿好吗好的。 辐射。一见到这个词,我们通常会遐想到一些比力恐怖的工具,好比核弹啊、变异啊什么的。其实,我们天天、时刻都沐浴在辐射之中,逃不了是事实,离不开也是事实。

阳光是那样优美,无线电波是那样给力,它们都有一个配合的名字:辐射。 辐射族成员许多,根据血统,可以分两支:电磁辐射、粒子辐射。 电磁辐射就是电磁波,从麦爷一统光电磁王国那时起,我们对电磁波就不那么生疏了。现在温习下,电磁波由于波长和频率差别,导致能量也差别,所以咱就按频率和波长给电磁波分类,频率由高到低排列:γ射线、X光、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波、长波无线电。

粒子辐射也叫高能粒子辐射。听起来很神秘,其实,比“电磁辐射”好明白,就是一些运动速度很快的粒子,例如说α粒子,就是高能粒子辐射的一种,它其实就是氦原子的核,由两其中子和两个质子组成,带正电。除了α射线,另有β射线、中子、质子等粒子流。

粒子辐射是在1896年发现的。 但它的发现,却是由一种电磁辐射的发现引起的。 十九世纪末,研究阴极射线成了物理界的时尚,各实验室唯恐OUT慢,纷纷投入研究。

德国维尔茨堡大学物理所也不甘落伍,所长威廉·康拉德·伦琴更是醉心于玩“勒纳德管”,研究阴极射线的荧光效应。勒纳德曾是赫兹的助手,他研制出一种阴极射线管,管上用铝做了个窗口,可以把阴极射线引导出来,更好地研究放电历程。 可是,人们发现,伦琴玩着玩着,就变得离奇起来,他天天把自己关在实验室,不告诉任何人自己在干嘛,包罗他妻子在内。伦琴夫人发现,老公不仅食不甘味,而且夜不归宿,岂非……?! 这一切,都是从那晚开始的。

1895年11月8日,星期五,夜生活刚刚开始。 伦琴摸黑进入实验室,回眸间,突然发现,一块涂了氰亚铂酸钡的荧光屏在发光。他有些受惊,因为其时是夜间,屋里一片漆黑,是谁让荧光屏暗送秋波? 他想起了通着电的放电管。但在此前,为了防止阴极射线逸出,他已经用锡纸、厚纸板把放电管包得严严实实的了。

岂非锡纸和厚纸板挡不住? 伦琴就随手在实验室拿些物件,挡在放电管和荧光屏之间,书本、木板、铝片……发现效果差异很大,有的基础挡不住,有的可以起到遮挡作用,越试越以为神奇。 他判断,让荧光屏发光的,可能是一种穿透力极强的、未知的新射线。于是就用未知数的代号X给它命名。

他怕自己判断失误影响了名声,所以守口如瓶。 伦琴拿种种工具在X射线下照相,发现,这种射线可以拍到木盒里的砝码,可以拍到金属片内不匀称的纹理……每次都有新惊喜。

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科学家的幸福感和满足感,有谁能懂?这一试就是四十多天,搞得妻子疑窦丛生,闺怨满屋。 终于,伦琴确认自己发现了一种新射线。

索性不更名了,就叫它X射线吧。 1895年12月22日,他把困惑不已的妻子请到实验室,用X光拍下了她的手。世界上第一张人体X光照片降生了。

伦琴夫人的手的X光片,手指上有戒指据观察,其时有多个国家的、N个实验室举行了类似的研究,他们也发现了X射线,时间相当靠近。甚至在伦琴发现X射线之前,宾夕法尼亚大学就已经制造出X射线,还拍了照片。可是,他们没意识到,这是一个重大发现,只是把资料归了档,就忙此外去了。

预计这些大神是卡文迪许同志的传人。伦琴没犯这个错误,他确认发现后,立刻完成了论文《一种新的X射线》,于1895年12月28日出书。 阴极射线实验的意外收获,让伦琴获得庞大的声誉,他因此在1901年获得世界上第一个诺贝尔物理学奖。

X射线也被人们称为伦琴射线。 X射线的发现引发了一连串重要发现,标志着现代物理学的发生。它的广泛用途,咱俩在上部聊过,这里就不罗嗦了。

值得一提的是,伦琴射线被发现后,由于它的超强透视功效,引发了全世界的研究热潮,一年之中就有上千篇相关论文,但其时的人——包罗伦琴本人在内,都不知道这种X射线倒底是什么。直到20世纪初,人们才发现,它也是一种电磁波,只不外频率更高,能量更大,穿透力更强。 伦琴揭晓论文的同时,也给庞加莱寄了一份相关资料。 1896年头,庞天才看了资料后推测,X射线与勒纳德管中强烈的磷光有关,就提出假设:被日光照射而发磷光的物质,也应该发出一种不行见的、有穿透能力的辐射。

法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔听了,想起另外两件事: 法拉第听说奥斯特把电酿成了磁,于是就把磁酿成了电; 莫尔斯听杰克逊医生闲聊,说电能发出信号,于是就让电报改变了世界。 现在,俺贝克勒尔听庞天才说有一种未知的辐射,咋办? 赶快找呗! 事情希望很顺利。

1896年2月24日,贝克勒尔发现,把硫酸钾铀酰在阳光下曝晒几个钟头后,就能发出一种射线。这种射线很厉害,可以穿透黑纸,让照相底片感光。 开始,贝克勒尔和庞加莱都认为,这种射线类似X射线,用阳光对铀盐晶体举行引发,就可以放出这种射线。

贝克勒尔刚要大干一场,多搞频频实验,却郁闷地发现,天阴了。 没有阳光,就只能销声匿迹。他把底片用黑纸包好,放进暗室的抽斗,把铀盐也用黑纸包好,压在底片上,关上抽斗。

Over。出去等天晴。 几天后,1896年3月1日,贝克勒尔冲洗了一张底片,立刻惊呆了——底片上放铀盐的部位感光特别显着。铀盐即即是经由曝晒后,发出的射线也不能让底片感光这么显着!底片恰巧出毛病了?再试试看! 他在暗室又准备了一张底片,在上面放了一个纽扣状的铀盐片。

5个钟头后,冲洗底片,底片上泛起了谁人铀盐片的形状。 贝克勒尔确定,这不是巧合,就开始研究种种铀化合物,发现它们都“不停地发出不行见的射线”,用纯铀粉也一样。他得出结论:铀是主要因素,它可以放射这种射线。

物质的放射性就这样被发现了。 1903年,贝克勒尔因发现放射性喜获诺奖。惋惜的是,贝克勒尔因为过多地接受有害辐射,于1908年逝世,年仅58岁。卢瑟福从铀矿中发现了α、β两种射线,法国物理学家维拉德想看看,铀矿中另有没有其他射线可以发现。

他还真发现了。这种射线比β射线穿透力更强。卢瑟福给它起了个名:γ射线。

用一张纸就可以盖住α射线。为啥它的动量那么大,却这么容易被拦截呢?等下就知道了。 用几毫米厚的铝板挡β射线,只能削弱它的强度,却不能完全拦住它。

而要盖住γ射线,几毫米厚的铝板都弱爆了,只能用厚重的铅块。 γ射线在磁场里不偏转,说明它不带电。

厥后,维拉尔搞清楚了,γ射线是一种电磁波,频率比X射线还高。 1902年,卢瑟福和他的助手、英国化学家、物理学家弗雷德里克·索迪研究钍的放射性,突然发现,放出α粒子或者β粒子后,钍就变身了,成为另一种元素!这是怎么回事?!索迪惊呼,这不就是“嬗变”吗! “嬗变”是炼金术的术语。而在卢瑟福谁人年月,炼金,早就是巫术、骗术和笑话的代名词了。

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卢瑟福听索迪用了这个词,就说,索迪,托付你别管它叫“嬗变”好吗?他们会把我们当成炼金术士砍头的。 玩笑归玩笑,他俩很快就意识到,所谓放射性,就是原子自己破裂,或者蜕酿成另一种原子所引起的。它不是原子或者分子之间的变化,也就是说,这不是化学反映,而是原子自己的变化。在汤老师的支持下,他俩的论文揭晓后,获得物理界、化学界的一致阻挡——原子怎么能变呢是吧?你拿石头变一坨金子给俺瞧瞧? 这句话放在其时问出来,绝对没人敢接茬儿。

可是我们别忘了,所谓历史,就是一个不停把不行能酿成可能的大杂烩。现在,我们的理论自满地宣布,原则上,咱俩可以使用加速器,撞击原子核,把铅、汞之类的重金属酿成珍贵金属——金。只不外,以现在的技术,要制造出1克金,需要一台加速器事情10万年!用整个森林去换一片树叶,也比这买卖赔得少。 1903年3月,索迪脱离了卢瑟福实验室,回到伦敦。

他和惰性气体发现者拉姆塞互助,进一步证实了α射线就是带正电的氦离子流。 啥叫“离子”呢?我们知道,原子核带正电,电子带负电,二者电荷量平衡时,原子整体就是电中性。

电中性的原子捡到一个电子,就带负电;丢掉一个电子,就带正电。带电的,不止是原子,也有原子团或分子团,这种带电的微粒,就叫做离子。而它们丢掉或者捡到电子的历程,就叫“电离”。

还记得适才的问题吗:冲量庞大的α粒子为啥那么容易被拦截?因为它很容易跟此外粒子发生电离反映,一反映就留下了。所以没派他去取西经。

有的童鞋问了,β射线也带电,为啥没那么容易发生电离反映呢? 所谓电离反映,其实就是粒子与电子之间的纠葛。带电量越大、体积越大、速度越慢,就越容易跟电子发生纠葛。而带电量、体积、速度这三个指标,前两者增其一,或后者减慢,都市造成电离发生率倍增。

α粒子比β粒子:带电量增1倍,体积增1800多倍,速度减9/10, 我们可以把拦截物想象成诺曼底,它的电子,就是德军的负电子弹。β是电子,也是负电子弹,与德军子弹同性相斥。而α是抢滩登陆的大兵,背了两块磁铁,与子弹异性相吸。我们还可以加一条探雷犬,就算它是中子吧。

现在,让β子弹、探雷犬、背磁铁的α大兵一起,都以自己最快的速度冲向诺曼底……是的,你脑海里泛起的印象,就是α射线、中子射线和β射线撞击障碍物的情景。 哈,为了个电离,我们居然动用了二战。罪过。下面回到一战之前的宁静时期。

那段时间的理化界,寻找放射性元素也很时尚,物理学家、化学家纷纷加入寻宝雄师,种种查,种种炼,一时间,“新”放射性元素层出不穷。开始还好,厥后人们发现,有点差池劲。因为到1907年,寻宝雄师居然找到了快要30种放射性元素! 元素周期表顿感鸭梨山大,它收不下这些冗员,就算是谁谁谁的亲妹子干闺女也不行。因为周期表是按原子序数排列的,不能随意扩编,不能因人设岗,坑只能挖那么多,萝卜嘛宁缺毋滥。

否则,整张表就废了。 有人开始怀疑,周期表是不是对放射性元素不适用了。 另有人研究这些放射性元素自己,一对比,发现,有的元素,放射性有区别,但化学性质完全一样。

索迪研究了这类现象,于1910年提出:存在“原子量和放射性差别,但其它物理、化学性质完全相同”的元素变种,这些变种应该处于周期表的同一位置。这就是“同位素”。 同位素的提出,进一步加深了人类对元素的认识,还顺便解决了元素周期表的体例问题。坑还是那些坑,但一个坑里可以放多个萝卜,前提是,它们必须互为对方的变种,而且物理、化学性质一模一样,就像体重有变化的自己。

不明确?那就再打个例如。元素周期表就好比饲养场,我们饲养了三个动物:鸡、狗、驴。

每个动物一间屋子,现在又找到一只动物,长得跟驴差不多大,但经判定,它是狗,不是其他新物种,只是个头比力大。那么,我们应该给它摆设在哪个屋子呢?固然和狗放在一起。

这两只狗就是同位素。 既然,元素放出氦(α射线),或者放出电子(β射线),就可以蜕酿成此外元素,那么,蜕变前后的两种元素,它们在周期表上是啥关系呢?索迪提出了“位移规则”: α蜕变后,在周期表上向前(即向左)移两位,原子序数减2,原子量减4; β蜕变后,向后移一位,即原子序数增1,原子量稳定。

英国化学家罗素、德国化学家法扬斯也独立地发现了这个位移规则。 凭据同位素假说,天然放射性元素被分为三个系:铀-镭系、钍系、锕系。

根据位移规则推测,三个放射系蜕变到最后,都是铅的同位素。1914年,美国化学家里查兹验证了这个推论。 插播一个小广告。

这期间,英国物理学家阿斯顿发现了一个小玩意儿,可以丈量带电粒子的质量,准确丈量种种原子的原子量。这下测粒子质量利便了,实在是居家旅行、化学物理、科学实验之必备良品!对了,请认准它的名字:质谱仪。 同位素的提出,质谱仪的使用,解决了元素周期表的一桩悬案。

1815年,英国医生普劳特提出,所有元素的原子量,应该都是氢原子量的整数倍。 一开始,化学家们认为很有原理。可是一测,坏了,数据显示,普医生说错了。于是大家只好放弃这个漂亮的假说。

元素周期表降生后,化学家们看看极有纪律的元素行列,又想起普医生的假说,很不甘愿宁可地测了又测,效果涛声依旧。 元素周期律很好用,大家认为可以信赖,可是在周期表中,钾VS氩、钴VS镍、碲VS碘的位置,根据原子量看,顺序是颠倒的! 一个大大的问号一直悬在物理学家、化学家们的头上,大家都很尴尬。直到阿斯顿手托质谱仪降临。

经由种种测、种种算,阿斯顿指出,险些所有的元素都存在同位素。我们原来提取的某种元素,实际上是其同位素的混淆体! 混淆体比例差别,测得的原子量,数值就略有差异,怪不得总是搞不太准,只能得出平均值!例如说氯Cl,有两个同位素:Cl 35和Cl 37。它俩的原子量固然划分是35和37,可是,我们原来分不开它们,测的是混淆物,它俩在自然界的品貌大致是3:1,所以,我们获得个平均的约莫值:35.46。

所有的化学家长舒一口吻:普劳特医生提出的谁人漂亮的假说是对的,成了又一个美妙的规则。为什么会有如此漂亮的规则呢?别急,一会就知道了。 α粒子散射实验后,卢瑟福知道了原子的大致结构:原子核+电子。

所以,丢了电子的氦原子,应该就是氦原子核。 发现原子嬗变后,卢瑟福知道原子可以嬗变,嬗变时可以放出电子和氦核。

α射线也就是飞驰的氦核冲量大,还特愿意跟此外粒子起反映…… 一个斗胆的想法从卢瑟福脑中蹦了出来:用氦核当炮弹轰击其他粒子,能不能引起嬗变呢?不能引起嬗变也能讹来点援助吧? 卢瑟福可不是言而不行的主,他说干就干。1918年,他不仅把氦核弹瞄准了氮,还发射了!不仅发射了,还击中了!果真,氮乖乖送出了氢原子核。卢瑟福一量,氢原子核的质量是电子的1836倍。

这是地球人第一次有意识完成的核反映,看来,不是所有的核反映都那么恐怖哦。这次核弹轰炸,标志着核物理时代的开始。 用氦核弹轰击氮原子,可以获得氢原子,这说明,原子核也是可以拆开的。那么,原子核又是啥玩意儿组成的呢? 卢瑟福想,既然氮原子里含有氢核,而氢的原子序数为1,没有比它更小的原子核了,那么,可以认为氢原子核是一个基本粒子。

带一个正电荷的氢原子核,就叫质子。所以,一个原子的序数,实际上就是指原子核中的质子数。简直太美妙了! OK,这样说,所谓原子核,其实就是质子。差别数量的质子,组成了差别的原子核? 恭喜你,卢瑟福发现质子后,其时物理界也都是这样认为的。

可是,人们的优美愿望总是和现实差那么一截。 如果原子只由质子组成,那么原子量就是质子数,而每一个质子都带一个正电荷。

那么,一个电中性的原子,就应该是这样的:有几多电子,就有几多质子。是吧? 又因为氢原子核就是1个质子,而氢原子的原子量是1,所以,一个原子有几多电子,它的原子量就应该是几多,对吧? 上面说的太绕,写成公式: 电子数=质子数=原子序数=原子量 没错吧? 很美很强大。电子数、原子序数、质子数这哥仨相等不假,可是,许多元素的原子量跟它们仨谁都不相等,有些原子所携带的电子,只有原子量的一半!就好比原子序数排行老7的氮-14,它的原子量是14,却只带7个电子,因为它的原子核只带7个正电荷。

1920年,卢瑟福提出,可能有一种电中性的粒子,与质子一起组成了原子核。也有一些物理学家认为,氮-14的原子核就是由14个质子组成,只不外有7个电子在原子核内,抵消了7个质子的正电荷,所以,另外7个质子才对外显现出7个正电荷,于是,在核外可以带7个电子。

厥后呀,量子力学就兴起了。量子力学指出,没有什么气力能把电子这样轻的粒子束缚在像原子核这么小的区域中。 1930年,苏联的安巴楚勉和伊瓦年科发现,原子核里确实存在某种中性的粒子。 1931年,德国物理学家博特和贝克尔发现,用α射线轰击铍、硼、锂之类的元素,会发生一种穿透力极强的辐射。

他们认为,这是γ射线。 1932年,英国物理学家詹姆斯·查德威克种种实验,证明楼上两位说的γ射线站不住脚。他认为,这种新辐射,可能就是卢瑟福说的谁人中性粒子,它的质量和质子差不多。然后,他用实验证实了这个说法。

这种中性粒子,叫做“中子”。 中子降临人间后,成了轰击种种元素的新武器。意大利皇家科学院院士恩利克·费米(又是牛人一个啊!厥后被伟大首脑墨索里尼逼入美国籍)用得最来劲儿,他领导一群年轻人,根据元素周期表的顺序,重新到尾挨个挑逗已知的种种元素,期待见证奇迹。 1934年,奇迹终于泛起了,他们轰击周期表上最后一个元素——92号元素铀时,发现铀被“激活”了,发生出多种元素。

他们认为其中泛起了一种新元素——93号元素,是中子打进铀核,使其原子量增加而发生的。虽然有许多人怀疑,但其时当地的技术所限,没法对轰击后的产物举行准确的分散和分析。 1934年10月,又一个奇迹泛起了。他们发现,用减速的“慢中子”轰击放射性物质,更容易引起核反映。

这一招很快传遍物理江湖。 德国化学家哈恩也学会了这一手。

1938年,他和斯特拉斯曼用慢中子轰击铀核时,发现发生了钡,他很困惑,为什么中子+铀核会生成比铀小的钡,还能发出些中子和β射线之类的。于是,哈恩给著名女物理学家迈特纳写信,倾诉困惑。迈特纳原来和哈恩互助呢,厥后为了躲避伟大元首希特勒,逃到瑞典去了。看到哈恩的信,迈特纳和她的侄子、核物理学家弗里希敏感地认识到,这是铀核被中子搞破了,分成两半的效果。

她给这个现象起了个名:裂变。还使用爱因斯坦质能公式算出了裂变释放的能量。随后,弗里希用实验证实了裂变。 1938年11月10日,费米接到斯德哥尔摩方面的电话,原来是瑞典科学院宣布他获得诺贝尔物理学奖,授奖理由是:发现93号新元素,发现慢中子更易引起核反映。

1938年11月22日,哈恩把破裂原子的论文寄给《自然科学》杂志,1939年1月份揭晓刊出。大家一看哈恩的论文,OMG,诺贝尔奖发错了!费米轰击出来的不是新朋侪93号元素,而是一个熟人——56号钡!另有比这更衰的事吗?费米费米听到消息,赶忙跑到设备比力过硬的哥伦比亚大学实验室,重复哈恩的试验,效果与哈恩一致。于是,费米坦率地检验和总结了自己的错误。

诺奖发错了结果,却没发错人。很快,在核裂变理论的基础上,费米提出:中子使铀核裂变时,又会放射出中子。这些中子又会击中其它铀核,就会发生一连串的核反映。

这就是台甫鼎鼎的“链式反映”理论。 至此,核能的理论基础就差不多打好了。1942年12月2日,费米向导他的团队,建成了地球上第一座核反映堆。1945年7月16日,在奥本海默的向导下,世界上第一颗原子弹爆炸乐成。

1945年8月6日,在罗斯福的向导下,原子弹“小男孩”夷平了广岛。 再厥后呀,就不能跑题太远了,钻到粒子物理、核物理学的迷宫内里绕不回来就糟了。咱们打住。接着说辐射。

咱俩在上部说了很长时间的“光”,现在又说了半天和“辐射”有关的事儿,我们知道,包罗“光”在内的“辐射”,简直资助我们敲开了通往自然秘密的大门。这都是好事儿。接下来,我们顺便相识下辐射的危害好吗好的。

我们前面说过,凭据辐射的性质,可分为“粒子辐射”和“电磁辐射”。而根据辐射的效果,又可以分为“电离辐射”、“非电离辐射”。

我们已经知道“电离”是什么意思了,所以,不难明白,可以电离出至少一个电子的辐射,就叫电离辐射。 波是非、频率高的辐射——好比γ射线,以及能量高的射线——好比α射线,虽然它俩一个是电磁辐射,一个是粒子辐射,但都属于电离辐射。

一般来讲,电离辐射对人体伤害比力大。详细怎么个危害法,咱们等会再说。 粒子辐射的来源,适才已经说了不少。电磁辐射又是从何而来的呢?它们都是带电粒子运动的产物。

这里的“运动”,包罗振动,也包罗电子在原子轨道中的迁移运动,叫做“电子跃迁”,这个名词会在后文经常泛起。 带电粒子运动,发生电磁波,这个上部电磁学里涉及过,凭据麦爷的方程组,运动的电场会发生变化的磁场,而变化的磁场又会发生变化的电场——电生磁、磁生电,以光速向外扩散,这就是电磁波。 频率较低的无线电波和微波,是自由电子震荡运动发生的。它们能量比力低,只要强度不太大,就没什么危害。

频率高一些的红外线,是物体分子、原子震荡、旋转,导致原子核和电子也能随着震荡、旋转,从而发生电磁波。物体温度越高,这种电磁波就越强。它的能量比楼上两种稍高些,至于危害性,也要看强度是几多。

以上三种波对人体主要是发生热效应,使细胞温度升高,如果温度没有高到伤害细胞的水平,就没什么问题。 频率再高些的可见光、紫外线、X射线,主要是电子跃迁发生的,以后我们会知道,电子跃迁的能量差越大,放出的电磁波能量就越强。紫外线、X射线、γ射线对人体主要发生化学作用,都有差别水平的危害。固然,这也要看强度。

相同强度的情况下,紫外线危害最小,γ射线危害性最大,而且由于它穿透力极强,所以危害距离更远。 粒子辐射的危害性,在于它们携带的能量和速度。 α射线的速度约莫是光速的1/10,其电离效应会对人体细胞发生伤害。

由于它很是容易被拦截,所以一般不会穿透衣服或皮肤,一旦被拦截,它就是一个氦核,起不了什么大风浪。 恐怖的是,放射性物质通过口鼻或其它渠道进入体内,在体内放射α射线,搞电离,就会对人体造成直接伤害。 β射线速度靠近光速,是电子流,可烧伤皮肤,也可穿透皮肤伤及内脏。

放射源吸入体内就造成直接伤害。中子射线也是这样。 彼埃尔·居里为了搞清楚辐射危害,曾用自己的手臂做辐射伤害实验,并记载了症状、感受及愈合历程。

电离辐射伤害人体,实际上就是用它们的高能量来砸坏细胞,本质上是破坏组成细胞的生物分子的化学键,造成细胞受损死亡。 更恐怖的是,有时碰巧,某种辐射砸坏了DNA,如果破坏了某些基因,细胞就会不受控制地生长,获得“永生”,这种细胞叫做癌细胞。

一个高能粒子恰好砸中某个基因,概率很低。可是,如果有足够的放射源,这个概率就会大幅提升。嗯,关于概率的事,咱在上部中微子那段说过。 所以,防止被粒子辐射伤害,最好的措施,一是是躲放射性物质远点,二是直接屏蔽。

而不是一些稀奇离奇的措施。 这里,顺便扒一个伪窍门。

有人说,在电脑显示器旁放一些仙人球之类的植物,可以防辐射。这个措施搞笑到可爱。 首先,显示器的辐射不大。咱国在上世纪90年月对CRT显示器做过一次检测,这种老式显示器,简直会发出少量的X射线,不外能量低、强度小,伤害性极小,如果不是长时间盯着它,就没问题。

现在一般都是液晶显示器,辐射比老式显示器更小,对人体不造成什么伤害。 其次,大家都知道,电磁波是走直线的。咱俩使用显示器,通常是和它面临面,对吧?那么,在显示器旁边,你纵然是吊装一块铅锭,也改变不了电磁波直射我们的事实,况且是仙人球。

想让某物防辐射,只有把它挡在你和放射源之间才行。而用仙人球来挡,它所起的作用,跟一团毛线、一本书没啥区别。非要找出差异,那就是搬走它时,要留意扎手。

黑体传说 黑体辐射窑火腾游,五彩瓷胎被柔软的暗红色火舌舔得周身燥热。火越燃越旺,逐步透出鲜亮的樱桃红。

而瓷胎,早就独霸不住,身上的矿物颜料、金属丝、釉、陶泥等缤纷的色彩都徐徐褪去,代以鲜亮的樱桃红,与窑火融为一色。温度渐高,颜色渐变:桔红、橙黄、黄白…… 这是瓷窑司空见惯的场景。

早在1800年月以前,陶瓷师傅们就已经发现,所有物体,不管它是什么质料,也不管它“原本”是什么颜色,加热到一定水平时,在同样的温度下,它们都发出同样颜色的光。 1859年,一个喜欢玩火的物理学家对这种现象发生了兴趣。 古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫。

那时,他和洽基友罗伯特·威廉·本生正在兴致勃勃地玩“烧烤”,把种种元素放在本生灯火焰中烧,如痴如醉地用光谱分析仪观察神奇的光谱线。 观察光谱线之余,基尔霍夫对温度与颜色的关系发生了浓重的兴趣。很显着,这里肯定存在一个美妙的纪律。

基尔霍夫很快就列出这个纪律的关键:吸收和释放辐射。这就是给物体加热,使之发光的历程。 为了简化分析,基尔霍夫提出了一个完美吸收和辐射的观点,叫做“黑体”。

什么是黑体?要相识这个家伙,咱得先相识什么是“黑”。前面说过,咱的眼睛之所以能看到这个色彩缤纷的世界,是由于物体把光反射到我们眼睛里。

如果说,所有物体(包罗空气呀等等),反射的光都完全一样的话,那么,我们就只能分辨有光或者没光,这跟什么都看不见没啥区别,只好靠触角行走江湖了。 幸亏物体各有各的脾气,反射光的频率、强弱、距离差别,我们感受到的色彩、明暗、清晰度就差别。

有些家伙特别贪婪,属貔貅的,光射到它们身上只进不出,或出的很少,于是,我们就“看”到它是“黑”的(实际上是看不到)。这就是“黑”。 光是电磁辐射的一种。

玄色的物体吸收辐射的本事特别强,好比煤炭,对电磁波的吸收率可到达80%左右。由于物体只要吸收了辐射就会升温,而温度越高,物体对外的辐射就越强——能吸善射,十分有利于简化研究,相信科学家们都喜欢。 那么,玄色的物体就是“黑体”咯?恭喜你答对了……一小半。

现实中的玄色物体,都黑得不够彻底,或多或少会反射出一点点光,所以我们仍能分辨出它的深浅明暗。 为了从理论上完整地研究吸收、发出辐射的现象,基尔霍夫界说了一个理想的玄色物体:在任何条件下,它都完全吸收任何外来辐射,毫无反射和透射。这种理想中的玄色物体,才是“黑体”。

我们知道,所谓黑体,在现实生活中是找不到的。但这难不倒基尔霍夫。他想象一个空心球,壁上开个小孔。辐射进入小孔,就有去无回——在空腔内壁往返反射,直到被吸收殆尽。

基尔霍夫还让这个球体内壁与外界绝热,这样,内壁吸收辐射加热后,只有内壁才会释放辐射。我们任何时候看这个小孔,它都是“全黑”的。

这个小孔,就是传说中的“黑体”。 界说了这个完美的“黑体”,基尔霍夫就开始用它与实物举行对比研究。 为了围观得清楚一点,我们来熟悉几个新词: 适才说过,实物不能完美吸收辐射。

差别的物体,吸收辐射的能力也差别。正如差别的男子,泡妞的能力也差别一样(你是个妞?那就把“男子”和“妞”这俩词对换下)。如果我们要比一比泡妞的能力,用一个值来准确表现,应该怎么做呢?是比“一共泡了几多妞”的绝对值,还是比“一共泡成几多妞”的绝对值?显然都不是,因为许多男子很能泡,可是他并不广泛去泡,所以用某个绝对值是没有说服力的。

最好的算法你知道,是“泡成数/泡妞总数”。所以,物体吸收辐射能力,就是“吸收量/辐射总量”,准确表述贫苦点:“吸收辐射能量/射达它身上的总辐射能量”。这个值叫做“吸收率”。

吸收能力搞掂了,那么,想表现某物发出辐射的能力,又该怎么办呢?这个比力难办,因为它没有总量来对比。差别温度,发射量纷歧样,怎么能确定比值?这时,“黑体”就派上用场了。因为黑体具有完美吸收与发射的神功,所以,我们可以把它当成一个标尺,想知道自己的发射能力怎么样?那就来和黑体比比看!在相同温度下,“实物辐射能量/黑体辐射能量”。这个值叫做“发射率”。

另有一个很好明白的观点:单色。就是指单一波长的辐射。 经由研究,基尔霍夫发现了一些纪律: 任何一个物体,它发出辐射的同时,也吸收其他物体发来的辐射(所以冷艳高尚其实是一件很可笑的事,因为只要你能瞥见某物,就一定和TA发生了辐射交流,从某种意义上来说,辐射交流,是比单纯触摸更“深度”的接触)。

在热平衡的状态下,其发出、吸收的辐射总能量相等,也就是收支平衡。 在相同温度下:对单色辐射,所有物体的“发射率”与“吸收率”的比值都相等,并即是黑体对单色辐射的“发射率”。 这些纪律,与物体的材质、形状、巨细一律无关,只与温度相关。

凭据上述的纪律,我们冒充列个算式看看: 【发射率】 ÷ 【吸收率】= 黑体发射率 实物发射量 实物吸收量 —————— ÷ —————— = 黑体发射率 黑体发射量 射达总量 得: 实物发射量 射达总量 —————— × —————— = 黑体发射率 黑体发射量 实物吸收量 式中可见,当热平衡时,“实物吸收量”和“实物发射量”相等,“黑体发射量”和“射达总量”相等,可以抵消,酿成: 1 = 黑体发射率 切合黑体完美吸收与发射的界说。 盘算效果里,明摆着一个结论:关于温度与辐射的问题,搞清楚黑体就OK了。

使用黑体,基尔霍夫天才地简化了物体温度和光色的关系问题,简化后,这个问题酿成:某温度下,黑体发出了几多辐射量。 找出这些基本纪律后,基尔霍夫向自己及同行们出了一道题: 尽快找到谁人公式:可以形貌任何一个温度下,黑体发射出的单色辐射的漫衍情况。

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例如说,在30℃的温度下,黑体发出的波长为0.5纳米、1纳米、3公里的辐射量各是几多。 看样子,一切都希望地很顺利。 基尔霍夫做梦也没想到,带着这道题,黑体越走越远,引发一个又一个意外,撩拨着整个物理界懦弱的神经。黑体像一个路标,给物理学家们指明晰偏向。

基尔霍夫总结的纪律告诉大家,我们要找的谁人公式,只有两个变数:温度、波长。 目的很简练,但门路很艰险。以其时的技术条件,要Diy出“黑体”,以及配套的细密检测仪器,是不行能的。

Diy不出黑体,就没法取得准确数据;没有准确数据,就Diy不出正确的公式。纵然你撞大运撞上了,你也不知道它对差池,没有准确数据验证,是吧? 可是,眼巴巴地等候黑体降临,也不是个好措施,研究还要继续。

况且,这事儿已经牵扯到了国家荣誉和利益。 一个伟大的科学发现,往往会引发一连串的新发现、新发现,伴生一批新创业家、新工业,新创业家、新工业先降生在哪个国家,哪个国家就抢占了生长先机。

可以说,正是在“发现→发现→创业”的交替推进中,我们的现代文明才得以建设和生长的。谁抢占了先机,谁就最牛逼。

那么,“抢占先机”最便利、最有效的途径是什么? 固然是国家有着孕育发现者、发现者和创业者的优质土壤。三者排名,当以发现者为首,没有他,发现和创业的空间很窄。这里的“土壤”,固然指的是意识形态、社会文化、思维方式、价值观(这些词意有交织)等方面的软情况,而不是广袤、丰饶、富有之类的工具。 十七、十八世纪的英国为什么那么牛?因为它孕育了人类的自满:牛顿。

另有在本文中进场的胡克、波义耳、卡文迪许、托马斯·杨、戴维、法拉第、赫歇尔等一线科学大牛。哈雷、布拉得雷、吉尔伯特都算不起眼的了。 十八、十九世纪的法国为什么那么牛?因为此前,它有笛卡尔、费马等大牛打底,科学跟不上,它知道着急,也拿出了行动,例子在前文:1666年,法国皇家科学院刚刚建立,便迫不及待地邀请荷兰人惠更斯出任院士(厥后又挖来了伯努利等牛人)。然后库仑、傅科、拉普拉斯、菲涅尔、拉格朗日、泊松、安培、庞加莱、卡诺、巴斯德等牛人就纷纷泛起在本文中。

有了他们,马吕斯、阿拉果、斐佐都算小角色了。所以,那时,虽然英国坐拥伟大的麦克斯韦、达尔文,可是神也无法阻挡法国的崛起。

19世纪的德国十九世纪的德国为什么越来越牛?因为它孕育了人类的又一个自满:高斯。另有本文泛起的夫琅和费、赫兹、希尔伯特、欧姆、基尔霍夫、赫尔姆霍茨,以及尚未泛起的克劳修斯、洪堡等大牛。

他们带来的辉煌,增强了即位不久的脑残天子威廉二世的信心,坚定树立了统治地球的伟大理想,挑起了第一次世界大战,然后被群殴,惨败,签订不平等条约,经济面临瓦解许多年,使新政权魏玛共和国始终处于水深火热之中,短命夭折。纵然如此,德国的科学职位却顽强地屹立不倒,一直延续到二十世纪初,普朗克、能斯特、维恩、伦琴、闵可夫斯基、索末菲,以及他们轰轰烈烈请回来的人类的又一个自满:爱因斯坦。

他们赶超开普勒、布莱尼茨等前辈的荣光,在恶劣的经济情况下,把德国缔造成世界科学中心。 世界科学中心,一般会成为经济、文化的中心,如果这一切能够保持,那么,德国挣脱逆境的日子不会太久。可是,二十世纪的德国科学却开始衰落,而没什么文化秘闻的新国家美国却越来越牛!为什么? 这都是拜伟大元首希特勒同志所赐,他上台后,先是清洗异见、异族,大批科学家出逃,然后把欧洲打了个稀巴烂,科学家们只好逃到其时最适宜人类居住、最有利于科学家发挥才干的美国,于是很快,美国神一般地崛起了! 物理史,实际上就是人类现代文明史的缩减版。

有人说,这太片面,科学家虽然很重要,可是,岂非政治家不是推感人类生长的领头羊吗?是的,政治家固然很重要。这里,我们要搞清楚政治家与政客的区别。

历史上,真正的政治家不多,常见的是政客。你当上高官,纷歧定就是政治家,就像你当上校长,纷歧定是学者,当上书记,纷歧定是党员一样。那些不择手段攀爬高位、弄权谋私,而罔顾社会生长的,不是政治家,只是政客。真正的政治家也是社会科学家,他们缔造和实践利于社会生长的规则,并用科学的方法验证,被实践证伪了,能够主动革新,努力、连续地缔造利于科学、文化蓬勃生长的谁人优质“土壤”,以实现社会的康健协调可连续生长。

人类的生长,得益于这些伟大政治家的缔造。是的,人类的生长,就是缔造;没有缔造,就是原地踏步;扑灭缔造,就是倒退。所以说,一个政治家乐成与否的磨练尺度,是看在他的治下,社会缔造力如何;而一个政客乐成与否的磨练尺度,就简朴得多:权在手,乐成了,权离手,失败了。 世界上最无耻的事,不是写了日记,也不是被写日记,而是占着无穷的资源、握着无敌的权力,却对责任无感无力。

世界上最无良的事,不是卖了文凭,也不是买了文凭,而是扣着博士的帽子、揣着院士的待遇,却拿不出实际的结果。 世界上最无语的事,不是戴错手表,也不是摘错手表,而是挺着自满的脖子、扬着狂妄的眉毛,却只能炫耀千年前的祖宗。

我们自满了几千年,有一天,却发现自己恻隐的眼光只能落在人家后背上,一时间百感交集,五味杂陈,放眼世界生长史,***同志名顿开:科学技术是第一生产力! 好吧,我们接着聊生产力的事儿。我们可以看到,紧随着发现之后的发现和创业,充满着缔造的激情,也充满着竞争的残酷。没措施,生产力就是这样生长起来的。 1831年,第一台发电机在法拉第手里降生后,虽然谁人贵妇人对这只丑小鸭很不伤风,但识货的人有的是,他们很快就嗅出,这只丑小鸭蕴藏着不行估量的庞大价值。

1832年,法国人毕克西发现了手摇式直流发电机。轻轻摇一摇,电流飘呀飘。 1866年,德国电工学家、实业家恩斯脱·韦尔纳·冯·西门子发现了自激励式发电机。

不用永磁铁就能发电了。 1870年,比利时人克拉姆研制发现了环形电枢发电机,开始使用水力发电。经由不停革新,电机技术走向成熟。

1877年,具有实用价值的发电机开始投入商业化生产。 1882年,特斯拉发现了交流发电机。

那时,他在爱迪生公司打工。而爱迪生正在为电的技术问题苦恼——他鼎力大举推广的直流电传输距离越远,成本就越高。

特斯拉的交流电发电、配电成本低,配套的变压器解决了远程送电中的低电压、高消耗、高成本的一系列问题,特别适合商业推广。但爱迪生却对此不屑一顾,他太爱直流电了。随后,爱迪生把交流发电机及电念头的专利权卖给了西屋公司。

特斯拉很郁闷。厥后,由于爱迪生在支付酬劳等方面不守答应,特斯拉告退。 1882年,美国人戈登制造出了输出功率447KW,高3米,重22吨的两相式巨型发电机。

1886年,特斯拉取得西屋公司的支持,研发交流电系统。这让直流电忠贞不渝的爱迪生恼恨不已,开始不择手段打压交流电。他出了一本小册子,细数交流电的危险,还抓些小猫小狗,用交流电将其电死(虐杀啊!),以验证小册子的理论。

他还发现了电椅——用交流电。一时间,在人们心中,交流电跟死神划上了等号。可是,交流电那实实在在的优越性,代表了先进生产力的生长要求,生产力的生长,谁也无法阻挡。

1889年,西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂。 1897年,著名的尼亚加拉水电站中,第一座10万匹马力的交流发电站投入运营,随后,十几座发电站相继建成,一直运营至今。 有了电,种种电器自然应运而生。

其中的不二首选,固然是电灯泡。照明,是人类对电最基本、最普遍的应用需求,可以说,那里用电,首先就会用电灯。 所以,电灯的庞大价值,也是无可相比的。

我们的发现家、创业家固然不会放过这片广袤的沃土。 因此,早在发电机降生之前,人们就已经迫不及待地探索用电照明晰。 第一个吃螃蟹的,仍然是法拉第的老师戴维,1801年,他给铂丝通电、发光。

我们知道,金属丝热到能发光的水平,很快就会烧毁。不能持久,总是尴尬和痛苦的,是吧? 于是持久就成了最大追求。

1810年,戴维老师让两根碳棒之间形成电压,发出电弧光,名曰“电烛”。这个可以持久,但你知道,电弧光照明的诡异效果,是不堪实用的。 1854年,美国人亨利·戈培尔(德裔)想到,用真空掩护灯丝,他把炭化的竹丝放在真空玻璃瓶里通电发光,可维持400小时。

第一个白炽灯泡降生。那时,电还没走进千家万户,戈培尔没有申请专利。

1878年,英国人约瑟夫·威尔森·斯旺申请了电灯在英国的专利——碳丝真空灯泡,他是从1850年开始研究电灯的。 1874年,加拿大的两名电气技师发现了另一种灯泡,把氮气充满灯泡,灯丝是碳杆。他们取得了专利,但没钱投入生长,就把专利卖给了爱迪生。

爱迪生买到专利权后,就开始了我们很熟悉的谁人奋斗故事——不停用种种质料搞试验,目的是:灯丝可以持久到有实用价值。1879年,他让碳丝维持了13个小时。

1880年,他研制的竹炭丝灯泡维持了1200小时。可以实用了,而且那时,爱迪生的直流电已做生意业化了。爱迪生搞电灯,也是讼事不停。先是斯旺告他侵权,前者成了后者在英国的电灯公司的合资人。

厥后,斯旺把自己的合资人权益及专利都卖了给爱迪生。在美国也不太顺,专利局曾讯断爱迪生的发现已有前例——戈培尔的碳丝灯,打了N年讼事,在戈培尔临去世时,爱迪生输了讼事,厥后只好从戈培尔遗孀手中,买下了碳丝白炽灯的专利。

1906年,爱迪生终于搞定了廉价制造电灯钨丝的方法——这是他对电灯最大的孝敬,钨丝电灯泡沿用至今。 今天看起来再普通不外的一个小小的灯泡,何以让这么多的人魂牵梦萦,连大发现家、大企业家爱迪生对它也情有独钟,不惜泯灭大量精神去研究开发、拼争谋夺?因为无论贫穷还是富有,无论疾病还是康健,人类都需要照明,而电灯,集廉价、便利、清洁、高效于一身,社会价值、商业前景无限灼烁,谁要是掌握了它,谁就引领了时代!所以,我们抛除商业竞争手段不谈,单说爱迪生的眼光,那真是杠杠的! 有眼光的固然不止是爱迪生,许多国家、许多强人都在抢占这一领域的制高点。德国的各家公司固然也不甘落伍。

开发出更高效的照明工具,击败美国和英国的对手,是自满的德国公司配合的梦想。 他们知道,黑体,作为辐射的完美吸收和发射体,它能够释放出最大的热辐射。在能量一定的情况下,物体辐射总量也是一定的,如果热辐射多,那么,光辐射就少。

使用黑体的完美辐射特质,准确丈量它的光谱,作为尺度,可以用来校准电灯技术指标,让它只管多发光,少发烧,实现高效照明。所以,研究好黑体问题,成了开发高效照明工具最科学、最高效的手段。

于是,准确丈量黑体光谱、Diy出基尔霍夫梦想的谁人公式,成为这些德国公司的追求目的。一个完整的、有效的、成熟的理论,必须有一个准确形貌它的公式。 电力的应用,让人类相见恨晚。

相关发现、工业如雨后春笋,于是,建设一套全球统一的怀抱单元和尺度,就越来越重要、越来越迫切了。 1881年,夏历也是1881年。确定电力怀抱单元的第一次国际集会在巴黎召开。

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22个国家的250余名代表到场了集会。集会在亲切友好的气氛中举行,会上,界说了安培、伏特等怀抱单元,大家以为这又将是一个胜利的大会,没想到,却在光照度的尺度上卡了壳。与会人员纷纷揭晓声明,对此表现遗憾,并将继续关注事态生长。 这时,基尔霍夫已经快60岁了。

黑体问题成为焦点——作为辐射的标杆,你没有公式,拿什么确定尺度? 有的童鞋问了,制定国际尺度有那么重要吗? 是的,相当重要。国际尺度不仅是产物质量的标尺,也是产物市场的保证,有了统一的国际尺度,大家都遵照尺度去做,产物才在各国各地都具有通用性、交换性,这是产物的生命。

不信?你生产电视机,只有在400伏电压下才气打开,而且插销是6项的,电视台必须调整制式,才气把信号传送到你的电视机,你以为你能卖出去几台? 好吧,我知道制定国际尺度很重要了,可是,让别人制定,咱照做,问题总不大吧? 尺度制定权同样重要。 掌握了某个产物尺度制定权,你就牢牢掌握了这个产物的生长偏向。你的产物,就是国际尺度,大家都要照你的产物来做——谁能做得过你?但掌握尺度制定权,不是靠谈锋,也不是靠武力,而是靠产物质量、技术水平,这个没法忽悠。2006年,海尔派出专家,作为亚洲企业唯一的代表,到场了在罗马召开的国际电工委员会家用洗衣机技术尺度的制定,成为中国电工业的一个里程碑。

德国政府清晰地认识到掌控国际尺度的重要价值,大企业家西门子固然也认识深刻。1887年,西门子捐赠了一块土地,德国政府狠狠地投入了一把,在这块土地上建设了帝国理工学院(PTR),历经10多年的建设,为它配备了强悍的科研队伍,拥有世界上最良好的设备、最昂贵的科研设施,软硬件双优。这个看一眼吓一跳的豪华阵容,它的使命是什么?就是制定尺度、测试产物,推动科学结果转化为生产力,引领世界新潮水。

制定国际光照度尺度,是它任务清单中的首选项之一。你想到了什么?是的,黑体。 PTR光学实验室由卢默尔卖力,他有一个强悍的同事:维恩。对,就是上部里谁人名字特长的维恩。

他俩都曾做过亥姆霍兹教授的助手。 他们研制黑体,以及配套的、先进的测光仪。1893年,也就是维恩在29岁时,他发现了一个简朴公式,可以形貌黑体辐射情况。

温度越高,黑体辐射中最大的波长会越变越短。什么叫最大的波长?它自己很简朴,只是解释起来比力绕口:一个物体发出的辐射,一般不会是单一的波长,而是许多种波长的大杂烩,这些波长的量,肯定不是平均的,而是有多有少的,其中,量最大、即强度最大的谁人波长,就是上面说的“最大的波长”。这个名字很不专业,所以,我们以后管它叫“峰值波长”。

在此之前,我们只知道,温度升高,辐射总量增加。现在维恩告诉我们:峰值波长×黑体温度,得出的效果永远是个常数。你把温度提高一倍,峰值波长就会降一半。也就是说,温度×2,则峰值波长÷2。

注意:降的是波的长度,而不是量。 太给力了!你拿一个黑体,只要测出它现在的温度和峰值波长,就能算出谁人常数。

拿到这个常数后,不管它在什么温度下,你都能算出它其时的峰值波长。峰值波长代表什么?波长=颜色。峰值波长=主要颜色。

也就是说,我们只要知道物体的温度,就能知道它发出的光是什么颜色。 温度升高,峰值波长向光谱中的短波偏向“位移”:红→橙→黄→白→蓝白…… 这就是维恩位移定律。 现在我们知道了,为什么瓷胎在窑火里,会随温度升高而变色,而且能够预测,如果温度可以继续升高,而陶胎又不会被气化的话,它将酿成蓝白色。

反过来,我们“看”到物体发出的“光”,就能知道它的温度是几多。这个相当牛。例如说,让咱俩去测织女星的体温,这在以前是不行想象的,先不要说牛郎让不让,单说距离,咱用人类最快的航行器(美国探测冥王星谁人),约莫16公里/秒的速度,飞到26.5光年远的织女星,需要50多万年!而现在,有了维恩位移定律,我们只要在地球上测出织女星光的波长,就能算出她的体温! 维恩是个理论和实验都很棒的物理学家,他在业余时间发现了位移定律。在没有获得PTR官方确认时,就作为“小我私家相同”揭晓了。

现在卢默尔和维恩要做的是,Diy出黑体,测出准确数据。 他们边研制、革新黑体,边收集数据、寻找公式。 1896年,维恩发现了一个公式。 汉诺威大学的帕邢兴致勃勃地验证这个公式,他收集了大量黑体辐射数据,经比对,确认这个公式与“黑体辐射短波中能量漫衍”的数据相符。

这个公式让维恩获得了1911年的诺贝尔物理学奖。我们来浏览下: ρ=b(λ^-5)e^[-a/(λT)] 公式中,ρ是能量漫衍函数;λ是波长;a、b是常数;T是绝对温度。

这个公式,是从热力学理论出发,在实验数据的基础上,对黑体辐射作了一些特殊假定之后推导出来的。我们可以管它形貌的定律叫“漫衍定律”。 谁人特殊的假定是:辐射都是由分子发射出来的。这些分子听从麦爷的速率漫衍定律。

1896年6月,维恩在PTR取得了这个辉煌的战绩后,一个华美的转身,潇洒地走开——到德国最牛的理工科大学之一、位于威斯特法伦州的亚琛工业大学当特别教授去了。 卢默尔还在兢兢业业地背负PTR赋予的庆幸使命。他得对维恩公式举行严格的测试。 怎么个“严格”法呢?一是要更准确地测,二是要更广泛地测。

“准确”就不必说了,指的是波长、温度数据,是否足够精准地与公式相符。 “广泛”指的是波长规模。适才说过,经帕邢比对,确认“短波中的能量漫衍数据”与公式相符,那么,长波数据呢?更短的波长呢?还没比对,是吧? 没比对的原因,倒不是帕邢懒,或者帕邢不认真,而是那时,没有尺度的黑体,就没法获得准确、全面的波长数据。

没有数据,他们又不会编造数据,所以,只好坐等黑体泛起。 但卢默尔不能等,他有PTR的使命在身。维恩走了,他先后找到库尔玻姆、普林舍姆互助,为了谁人求之不得的黑体,种种不眠、种种钻研。终于—— 1898年,一个真正的、顶级水平的黑体降生了!传说酿成了现实。

这个电加热的黑体,可以到达1500℃的高温。 真是十年磨一剑!卢默尔和普林舍姆迫不及待地搞起了黑体辐射的“测绘”——丈量波长能量漫衍,绘制坐标图。坐标图很简练。 横轴:波长。

纵轴:强度。 坐标显示,随着波长的增加:强度提高,到达巅峰后,开始下降,然后徐徐趋平。 这种曲线的形状,我们可以这样想象:在桌面上平放一根线,用牙签拦腰挑起来一点,稍稍左倾,线两头自然下垂在桌面。

温度升高,线就挑高。谁人最高点,就是峰值波长。这说明,温度越高,峰值波长的强度越大,也就是越“亮”。

黑体辐射波长、强度漫衍情况 如果让黑体不停加温,在差别温度下,划分划出辐射波长的漫衍曲线,然后把峰值——也就是这些曲线的最高点连起来,我们会发现,这条曲线随着温度的升高,徐徐朝短波偏向——也就是蓝色偏向移动。 这些情况,切合维恩的位移定律。 1899年2月3日,在德国物理学会的集会上,卢默尔和普林舍姆陈诉了这个研究结果。 卢默尔告诉大家,俺们验证了维恩“位移定律”。

可是,“漫衍定律”的情况还不是很清晰。虽然,理论预测与实验数据大致相符,可是,在红外区域,另有点不太对劲儿。实验数据有误差?现在还不太确定。

我们量得已经很认真了!如果让我们给出确定一定以及肯定的谜底,那就等等吧,待到山花绚丽…技术条件成熟,可以在更大规模(包罗波长和温度规模)上举行实验时再说。 大家听完卢默尔和普林舍姆的陈诉,虽然隐隐有点悬心,但感受不至于出什么大乱子。剩下的事,无非是搞好黑体实验技术升级,取得更全面、更准确的数据,进一步验证维恩定律。

万一有什么偏差,也没关系,大不了就是修补一下维恩公式,让它与观察相符就行了。大家数学都不错,是吧?于是,与会人员高兴奋兴地回家了,渡过了充实而有意义的一天。 谁也不会想到,那点差池劲儿,是一枚顽固的路标,虽然苔痕斑驳,绝不起眼,却明确而坚定地指向迷雾深处——自古西岳一条路,你爱走不走,不容置疑地把我们带进荆棘丛、乱石岗、崎岖路,无论你愿意,还是不愿意,你都回不去,只能踯躅苦行,带着难舍的影象,离别温馨的已往,去面向未知的恐惧。固然,另有惊讶。

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