放大鏡能匯聚太陽光點燃火柴,那麼月光能行嗎?

2020-12-04 科學探索菌

放大鏡是一個很有趣的玩具,除了可以用來放大,還可以幹壞事,在陽光下可以燒螞蟻、燒綠葉玩,現在想來確實有點那啥了。火柴現在在農村還能見得到,用放大鏡匯聚太陽光可以輕鬆的點燃火柴,或者幹木材、紙張等。

放大鏡是一塊薄薄的凸透鏡,凸透鏡具有聚光作用,能夠將平行光束匯聚於一點。

太陽能夠自發光,屬於恆星。月亮不會發光,月亮的光來源於太陽,月亮就相當於一面粗糙的鏡子,將太陽光反射(屬於漫反射)到地球表面,能夠照亮晴朗夜空下的大地。

既然如此,放大鏡能夠匯聚陽光點燃火柴,類似的,放大鏡能夠匯聚月光點燃火柴嗎?這個其實可以做個實驗,不過受條件限制,我們就從理論上分析一下。

點燃火柴需要哪些條件?

火柴是根據摩擦生熱的原理製造的一種是取火工具。這裡以安全火柴為例。火柴由小木籤和火柴頭組成,火柴頭一般是由氯酸鉀(KClO3)、二氧化錳(MnO2)和硫(S)等物質混合而成的,其燃點約為400攝氏度;火柴上木籤的燃點比火柴頭略低,木材的燃點不固定、範圍比較廣,大約在200~300攝氏度之間。火柴盒兩側用來擦燃火柴的紙是由紅磷(P)、三硫化二銻(Sb2S3)和玻璃粉做成的,紅磷燃點僅為260攝氏度,被用作點燃火柴頭的引子。

燃燒需要三個條件:可燃物、氧化劑、可燃物的溫度達到燃點(燃點就是物體的著火點,是物體發生燃燒反應所需要的最低溫度)。在這裡,可燃物就是火柴頭,火柴頭上自帶氧化劑二氧化錳,火柴頭的著火點大約為400攝氏度。

月光的強度

太陽和月亮都可以看作光源,雖然大小相差很大,由於遠近不同,從地球表面看起來,兩者的可視面積差不多大。

對於不同的光源,我們可以用光照強度來比較兩者之間的差異。所謂的光照強度就是太陽光或者月亮光照在地面上,單位面積上所接收到的光通亮,單位為勒克斯(lx),即流明/平方米(lm/m=1 lx)。

如圖所示,光通量與光照強度之間的關係。

資料顯示,夏季陽光直射下的光照強度可達6萬~10萬lx;而夜間滿月狀況下的光照強度僅為0.2 lx,相當於一個100瓦的白熾燈在距離20米處的照度。通過數據比較可以發現,月光的強度大約為太陽光強度的40萬分之一。月球雖然能夠反射太陽光,不過月球的反射率僅為10%左右,其餘90%都被月球吸收了。

月光有溫度嗎?

由於月亮距離太陽太遠,太陽光垂直照射到月球表面,月球表面的溫度也不過上百攝氏度。月光照射到人身上,人也感覺不到熱。那麼月光的溫度是多少攝氏度呢?

溫度是大量分子熱運動的集體表現。也就是說,只有存在大量實物粒子,才有溫度這個概念。環境溫度雖高(即環境中分子的平均熱運動比較劇烈),若單位空間內的分子數較少,那麼總能量必然很少,發生能量交換的機率也就變小了,單位空間的平均能量也很少,自然感覺不到熱。在這種情況下,利用普通溫度計所測量到的溫度與實際溫度也不符。

如圖所示,分子熱運動越劇烈,溫度越高。

比如,在距離地球表面500千米處的地球大氣邊緣(電離層和散逸層的交界地帶),那裡的大氣溫度可達2000攝氏度,但由於那裡的大氣密度極低,人在那兒還感覺有點冷。之所以會出現上面的疑惑,就是只考慮了溫度,而沒有考慮能量密度。

再舉個實際點的例子。比如木材燃燒時時產生的火星,溫度高達幾百度,觸碰到人體卻並不會引起燙傷,這就是關於平均能量與溫度關係的例子。

凡是溫度高於絕對零度0開(零下273.15攝氏度)的物體都會向外界輻射出紅外光,這個也可以稱之為熱輻射。當溫度足夠高時,還會發出可見光,通常我們所說的發光就是發出可見光。實際上光和熱是同一性質的兩個面,光和熱本質上都是電磁輻射。光是純能量形式的物質,按照溫度的經典定義,光是沒有溫度的。

不過,一般來說溫度越高的物體所發出的光的頻率也就越高,我們可以以此來確定光的溫度。這裡光的溫度是由光的色溫引出來的,因為光的色溫是指某一光源發出的光的光譜與具有相同光譜成分的黑體所對應的溫度。

光源發出的光由一定範圍內不同頻率或者波長的光組成,不同光源發出的光具有不同的光譜。那麼光的溫度可以由它的光譜確定,光譜中高頻率的光越多,光的溫度也就越高。月光由於是直接反射的太陽光,那麼月光的溫度與太陽光的溫度也就差不多。太陽光的溫度大約有6400開,那麼月光的溫度也是這個數值。

為什麼放大鏡通過匯聚陽光能點燃火柴?

放大鏡通過匯聚陽光能夠點燃火柴、紙張等易燃物,是公認的事實。不知道大家有沒有想過,為什麼放大鏡能夠點燃火柴?

點燃可燃物需要足夠高的溫度。太陽光就是一種電磁波,是一種純能量性質的東西,。放大鏡的主要作用是匯聚陽光,通過放大鏡的匯聚作用,可以提高單位面積上的能量密度。不過,放大鏡只能提高能量密度,卻無法提高太陽光的溫度。

太陽光可以認為有溫度,與太陽表面的平均溫度差不多,太陽光的溫度大約為6400開。溫度如此高的光照射到火柴上,但能量密度不夠,沒有放大鏡的幫助根本點不燃火柴。當具有足夠高的能量密度,分子在電磁能的推動下熱運動足夠快,火柴的溫度才能達到燃點。

研究顯示,在晴朗的白天,需要6平方釐米以上的放大鏡才可以將一根火柴點燃。

那麼利用放大鏡匯聚月光能點燃火柴嗎?

月光的溫度約為6400開,即使算上損耗,這樣的高溫也足以點燃火柴。月光的溫度雖然很高,奈何月光的平均能量密度比較低,因此需要足夠大的放大鏡匯聚足夠多的月光,才有可能點燃火柴。

那麼究竟需要多大尺寸的放大鏡呢?在良好天氣情況下,地球上所接收到的太陽光是月光強度的40萬倍,並且至少需要6平方釐米的放大鏡才能點燃火柴。如果將太陽光換成月光,那麼理論上至少需要240平方米(半徑約為8.8米)的放大鏡才能點燃火柴。

這麼大的放大鏡,做是做得出來,要想鏡面曲率及透光率過的去,就比較燒錢、耗時間了。據我所知,目前世界上還沒有口徑(直徑)超過10米的光學望遠鏡。也許把普通凸透鏡換成菲涅爾透鏡更方便一點。

直徑這麼大的放大鏡,再考慮到透光率的問題,月光穿透透鏡時必然存在能量損耗。在滿月狀態下,應該需要半徑10米的放大鏡才能匯聚足夠多的月光點燃火柴。

再加上火柴在不停的散熱,放大鏡焦點處需要足夠大的能量功率,還需要一定長的時間才能使火柴頭的溫度達到燃點。

熱愛科學的朋友,歡迎關注我。

相關焦點

  • 用足夠大的放大鏡匯聚月光,能點燃火柴嗎?
    這個問題看上去如同問用一個足夠長且足夠硬的槓桿在一個合適的支點上能否撬動地球一樣,但其實不然,給個槓桿和支點確實能把地球撬動,但月光卻不可以被加溫,這是很多人都會走進的死胡同。為什麼這麼說,下面小地就從月光、放大鏡以及火柴的特性來一一進行分析。
  • 放大鏡聚焦陽光能點燃火柴,聚焦月光能點燃嗎?其實光源不是關鍵
    可能大多數朋友都玩過用放大鏡(凸透鏡)聚光點燃火柴的遊戲,不過這需要在陽光下進行才能做成,也就是說只有將陽光匯聚到一個點上,才能有足夠高的溫度點燃火柴,那麼如果在月光下,將月光匯聚到一個點上,也可以點燃火柴嗎?
  • 中考物理放大鏡成像原理專項練習,複習必看!
    五、放大鏡:利用凸透鏡能成正立,放大,虛像小星同學利用太陽光測量凸透鏡的焦距,方法如圖所示.他注意到讓凸透鏡正對陽光,但沒有仔細調節紙片與透鏡的距離,在紙片上的光斑並不是最小,當紙片遠離透鏡時,光斑一直變大,就測出了光斑到凸透鏡中心的距離L,那麼,凸透鏡的實際焦距(  )
  • 大功率雷射筆瞬間點燃火柴
    火柴被雷射筆點燃本報記者 張中 攝   本報記者 趙偉 實習生 胡玉婷 任麗媛 實驗一: 1000毫瓦雷射筆點燃火柴
  • 專家:藍光雷射筆能點燃火柴千萬別當成玩具
    其中,民生質量實驗室專家服務團團長、市質監局副局長呂長富現場用一支藍光雷射筆做起實驗,在藍光雷射筆的照射下,竟能點燃火柴。  藍光雷射筆能點燃火柴  昨日上午10點半,在大坪龍湖時代天街C館,市質監局、市計量質量檢測研究院、市纖維檢驗局、市特檢院的質監專家接受居民的諮詢,但最吸引人的還是市質監局副局長、重慶晨報民生質量實驗室專家服務團團長呂長富做的現場實驗最為吸引市民。  「不要小看雷射筆的危害。」
  • 雷射筆能「秒點」火柴?記者親測,實驗結果令人驚訝
    不過近日有網帖稱,雷射筆能夠「秒點」火柴。對此有網友表示,只聽過雷射筆可能會傷眼睛,但秒點火柴好像有點過了。到底行不行,實驗來說話。解放日報·上觀新聞記者在某網購平臺上搜索發現,根據波長不同,雷射筆可以照射出紅、綠、藍三種顏色的光線。不少賣家在產品介紹中宣稱,雷射筆發出的光可以「秒點火柴」「點燃爆竹」,甚至能「點菸」。
  • 滿月時月光很亮,植物能利用月光進行光合作用嗎?
    想要知道月光能否讓植物發生光合反應,還要看月光的輻照度以及波長。 月光與植物 植物的光合作用分為兩個部分,第一個部分和光有關,叫做光反應;在第二部分和光無關,叫做暗反應。月光對植物的影響,就存在於光反應階段。
  • 大功率雷射筆能點火柴爆氣球
    當前位置:首頁 >> 要聞 2014.03.03 星期一 要小心 大功率雷射筆能點火柴爆氣球   用雷射筆對準氣球,氣球很快發生爆裂。用雷射筆對準火柴頭,很快就把火柴引燃。
  • 6秒點燃火柴12秒燒穿報紙 這樣的雷射筆你還敢玩?
    那麼,這種雷射筆危害大嗎?會不會存在一些火災隱患呢?今天(21日)上午,寧波高新區消防大隊的消防官兵專門做了實驗。  實驗(一):雷射筆點火柴  消防員將火柴豎立狀固定在紙箱板上,火柴頭朝上,消防員戴上護眼鏡,打開雷射筆將雷射對準火柴頭,火柴頭迅速被雷射點燃,幾乎只用了7秒鐘!
  • 萬物生長靠陽光,那麼在月光下,植物能進行光合作用嗎?
    而月球夜晚發射出來的光,是通過反射太陽光線形成的,相較於太陽光來說溫和許多,那麼月光對於植物來說,能推動進行光合作用嗎?光合作用的原理光合作用,從字面上理解,就是利用光能,將相關物質組合在一起形成新的物質的過程。
  • 大功率雷射筆使用需注意 可瞬間點燃火柴和棉籤
    大功率雷射筆使用需注意 可瞬間點燃火柴和棉籤     實驗一: 1000毫瓦雷射筆點燃火柴     21日,記者準備了三支雷射筆,輸出功率分別是5毫瓦、200毫瓦和1000毫瓦的綠光雷射筆,分別對是否點燃火柴進行實驗。
  • "火柴王國"漸行漸遠 火柴界"五朵金花"均退出歷史
    「她在牆上又擦著了一根火柴。這一回,火柴把周圍全照亮了。奶奶出現在亮光裡,是那麼溫和,那麼慈愛。」還記得這些熟悉的名句嗎?沒錯,這就是安徒生在1846年創作的名篇《賣火柴的小女孩》。    實際上,當時的黃磷火柴毒性劇烈、容易自燃,歐洲國家紛紛禁止生產,更談不上叫賣了。直到這部作品面世9年後,瑞典人發明用紅磷的安全火柴,才使得現代火柴進入大規模商業化時代。
  • 雷射筆瞬間點燃火柴 還會讓孩子「亮瞎眼」
    隨後,鹿城消防大隊做了個實驗,發現雷射筆能瞬間點燃火柴,20 秒即可擊穿 8 層報紙,危害性不言而喻。網購平臺屏蔽「雷射筆」搜索但用「雷射手電」「指星筆」能搜到2014 年,央視「3•15」晚會曾曝光雷射筆會對兒童眼睛造成灼傷。
  • 沒有直接可用的生火工具(火柴、打火機等)時,這些方法你得學會
    火柴、打火機是最方便的取火工具,但是你不一定什麼時候都擁有它們,即使有也有損壞或用完的時候。對一個經常與野外打交道的人來說,無論你身上是否有火柴、打火機等方便的取火工具,你都必須能在需要火的時候把火點著,這就要求你必須掌握各種野外取火的方法。我們的祖先沒有火柴,也沒有打火機,但是他們卻能在需要火的時候想盡辦法把火點著。
  • 八年級:放大鏡成像原理
    2.物體距離放大鏡越近成像會越大嗎?【新課學習】放大鏡就是一個凸透鏡,是常用的光學儀器之一。常用放大鏡網絡放大鏡廣告圖片應用凸透鏡成放大、正立虛像的原理製成了放大鏡.[觀察與思考]凸透鏡成實像時「物近像遠像變大」,放大鏡會不會也符合這個規律呢?
  • 鄭州街頭商販賣雷射燈 10秒點燃火柴照眼可致盲
    小號「雷射燈」能照射1500米,大號能射3500米。記者了解到,不少人買「雷射燈」是給孩子玩。這種「雷射燈」又名雷射筆,上面並未貼任何標籤,也沒有產地和生產商家信息。【實驗】準備:普通火柴一根 「雷射燈」一個 氣球一個10秒點燃火柴危險係數:★★★★過程:將「雷射燈」的焦點調至最細,在距火柴5釐米處,將焦點對準火柴頭的頂部,10秒時間火柴便被雷射點燃。原理:雷射是一種高聚能光束。
  • 冷知識:火柴能被磁鐵吸引?
    北極冰屋不冷嗎?冰屋確實能起到很好的禦寒作用。冰屋幾乎沒有縫隙可以讓寒風吹進室內,而且冰屋的建成材料冰磚是熱的不良導體,能起到很好的隔熱作用。火柴能被磁鐵吸引?有這樣一個實驗:把火柴頭放到水裡,旁邊放上磁鐵,火柴頭會因受到吸引而運動。顯然,火柴頭裡加入了磁性物質,考慮成本問題,鐵粉的可能性最大。若將火柴燃燒後這種現象將更明顯。這是為什麼呢?
  • 大功率雷射筆1分鐘點燃火柴
    記者用大功率雷射筆照射火柴頭,火柴開始冒出白煙,隨即被點燃 本版圖片均由記者 陳棟 實習生 譚智棋 攝記者走訪了東莞南城多個學校附近的小賣部、文具店,以及南城和生文具批發市場,均沒找到網上那種具有「秒點火柴,秒點鞭炮和塑料刻字」等功能的雷射筆。此次記者用來做實驗的大功率雷射筆來自網購。
  • 商家誘導消費者買雷射筆當玩具:可瞬間點燃火柴,易灼傷眼睛
    隨後,鹿城消防大隊做了個實驗,發現雷射筆能瞬間點燃火柴,20秒即可擊穿8層報紙,危害性不言而喻。海綿被切開10釐米口子。都市快報 圖網購平臺已屏蔽「雷射筆」搜索,但用「雷射手電」、「指星筆」能搜到 2014年,央視「3·15」晚會曝光雷射筆會灼傷兒童的眼睛。