桑拿天裡的你是否也思考過這個問題:人工降雨是怎麼實現的?|No.165

2020-11-30 中科院物理所

炎熱的夏天裡,

要是有一場好雨總是能涼快很多,

但在某些極端天氣下,

有些地方會很長時間不下雨,

這時就需要人工降雨閃亮登場了!

那麼問題來了,

人工降雨是如何實現的呢?

1

Q

手機防窺膜是什麼原理?

by 小陽光

A

說起防窺膜,它和我們生活中常見的百葉窗很類似。百葉窗通過調節葉片轉動和凹凸方向,可以有效阻擋外界視線。手機防窺膜,其本質就是在手機屏幕層裡排布類似「百葉窗」的光柵結構,從而使一定角度的光線無法穿過屏幕。

當然,防窺膜由於選擇透過了部分光線,手機亮度肯定沒有無膜的時候亮。此外,其實很多時候我們自己看手機也不都是90度垂直屏幕,感覺防窺膜也不是特別方便。

By Aaron Chen

2

Q

為什麼功率較小的電風扇(例如臺式電風扇),在把插頭拔掉後重新按開關還能轉1~2圈?是因為具有慣性嗎?

by 物理愛好者

A

題主所說的小功率風扇應該是指帶USB接口的風扇。這種風扇在使用的時候一般需要搭配一個起變壓作用的充電頭。由於這種充電頭包含可變壓的元件,這些元件會起到電感,電容的作用。在正常通電工作時,電感會將一部分能量儲存在磁場中,而電容會把能量儲存在電場中。斷電時,原本儲存在磁場和電場中的能量會重新輸入到電路中。因此即便已經斷電了,但是電路中的能量並沒有馬上消失。這時重新按開關的話,風扇還能重新轉幾圈。如果是直接用220v電壓供電的風扇就不會出現這種現象。

By Nothing

3

Q

在炒菜時,當油和蔥姜放一起時,為什麼會油花四濺?

by 餃子

A

炒菜時四濺的油花給不少人帶來過心理陰影。油花四濺並不是油自身引起的,罪魁禍首是蔥姜上的水。水在正常情況下的沸點是100度,但是油溫經常可以達到200度及以上,這時如果有水滴入油中,水滴會在油中迅速沸騰汽化,汽化的水體積迅速膨脹導致油飛出鍋外。

從上面的分析可以看出,防止油花飛濺關鍵是要瀝乾食材上的水分,這樣才能減少濺油。實在不行就帶個面具吧,如下圖。

By Nothing

4

Q

為什麼肥皂等套上網狀袋子後更容易打出泡沫?

by 無名

A

回答這個問題首先需要知道泡沫是什麼。表面科學上對泡沫的定義是:泡沫是氣體分散在液體或固體中的一種分散體系。那麼題目中所說的泡沫則是空氣分散在水中的一種分散體系,其中肥皂作為表面活性劑,可以讓泡沫穩定存在一段時間。泡沫要產生,需要有空氣和肥皂水的共同參與,因為網格袋子有很多小網格,上面存留了許多肥皂水,並且小網格之間有著大量的空氣,這樣使得肥皂水可以和空氣三維立體接觸,有利於產生大量泡沫。而直接在身上塗抹肥皂,肥皂水和空氣相當於是二維接觸,空氣難以進入肥皂水中混合形成氣-液分散體系,也就難產生泡沫了。

By 重光

5

Q

為什麼流了汗會在衣服上析出白色物質,並且在乾濕交界處最為明顯呢?

by 嚶嚶嚶

A

汗液的主要成分是水,約佔總成分的98%到99%,其餘物質為氯化鈉,極少量的尿素、氨和其他鹽類。流了汗之後,隨著汗液的蒸發,汗中的氯化鈉等鹽類達到過飽和,然後析出,粘在了衣服上,就是我們所看見的「白色物質」。至於為什麼在乾濕交界處最為明顯,這是因為剛開始汗液中的氯化鈉等鹽類還未飽和,當被汗液浸溼的衣服邊緣開始乾燥時,氯化鈉只會少量析出,大部分是隨著汗液向汗溼的衣服內側運動,使汗液中的氯化鈉濃度增加。隨著汗液中的氯化鈉慢慢達到飽和,汗溼的衣服邊緣的水分蒸發,氯化鈉就會大量析出,這就體現為乾濕交界處析出大量白色物質。而剩下的汗溼部分也會析出大量氯化鈉,因此仔細觀察會發現,完全乾了衣服上有汗漬的區域邊緣的白色物質少,中間多,並且中間往往一大片都是白色的,形成不同的條紋。

By 重光

6

Q

除了鋰和鈉,第一主族的其他元素也可以用來造電池嗎?

by 我笑了

A

可以的,比如目前有正在研究的鉀離子電池,其正負極材料都還處於實驗室階段。其實就算是第一主族的第一個元素——H(氫),也可以用來造電池,比如目前的氫氧燃料電池,就是氫氣作為負極活性物質,氧氣作為正極活性物質。以鹼性氫氧燃料電池為例,其正負極發生的分別是如下反應:

正極:

負極:

總反應其實就是氫氣和氧氣反應生成水的反應。

要知道,電池是一種能量轉化的器件,將其他能量轉化成電能,所以能實現這個功能的器件都可以叫做電池。對於化學電源來說,只要某一個反應的吉布斯自由能變化小於0,那麼理論上都可以將其設計成一個電池。比如說正負極都是同一種活性物質,但是它們的濃度不一樣,那麼兩者之間就會有能量差,這也可以設計成一種電池,叫做濃差電池。

By 重光

7

Q

為什麼502滴到棉籤上會冒出有刺激性氣味的白煙?

by Ghost

A

502膠是以α-氰基丙烯酸乙酯為主,其本身就稍有刺激性氣味,弱催淚性。這種材料活性很高(存在強吸電子基-CN和R-COO-),因此在微量水、鹼、醇的作用下,都可以瞬間發生陰離子聚合(和OH-產生聚合反應),從而固化。所以我們平時使用502粘東西,其引發劑是空氣中的水蒸氣。而這種聚合反應是放熱的,而放在棉籤上會產生白煙主要就是因為棉籤無論和水還是502膠的接觸面積都很大,也就意味著大量的瞬間放熱的產生。而這種白煙則是受熱的α-氰基丙烯酸乙酯(易揮發)氣體和水蒸氣。

By Aaron Chen

8

Q

飛機播撒碘化銀為什麼會實現人工降雨?

by 夏了茶霏小朋友

A

首先我們要知道,高空中的雲是否下雨,不僅取決於雲中水汽的多少,還和雲中凝結核的含量有關(具體的下雨機理可以參考Q&A No. 111 A4)。於是人們就根據云的具體情況,分別向雲體播撒致冷劑(如乾冰、丙烷等)、結晶劑(如碘化銀、碘化鉛、硫化亞鐵等)、吸溼劑(食鹽、尿素、氯化鈣)和水霧等。主要方式有兩種,一是飛機播撒冷卻劑或催化劑,二是向雲層開炮或發射火箭。

當然題主問的撒播碘化銀,主要是將細粉末的碘化銀撒進雲層中,相當於增加凝結核的數量並幹擾雲中氣流,從而有利於小水珠增大,改變浮力平衡,此時上升氣流不再能承受住水珠的漂浮,就形成了降雨。。

當然其實隨著科學的發展,人工降雨也有了不少新的方式,如高壓電技術(產生等離子體),靜電催化(人工降雨消除霧霾),細菌技術等。這裡就不一一探討了,有興趣的小夥伴可以自行前往了解。

By Aaron Chen

本期答題團隊:

物理所 Nothing、Aaron Chen、重光

寫下您的問題,下周五同一時間哦~

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