魔鬼物理学(1隐藏在日常生活背后的物理学知识)

作者简介

作者：詹姆斯 ？ 卡卡里奥斯 译者：鲁冬旭 美国明尼苏达大学物理学与天文学教授，畅销书作者。他是凝聚态物理学领域的一位实验物理学家，研究范围**广泛，涉及纳米材料和神经系统中的随机共振分析等。由于在科普方面做出的杰出贡献，他曾被美国物理学会和美国科学促进会授予相关奖项。

内容简介

你乘坐电梯来到公寓大楼的地下车库，走向自己 的汽车——一辆油电混合动力汽车。你的钥匙扣上挂 着一个无钥匙遥控器，只要按下按钮就可以打开锁住 的车门。进入汽车以后，你在方向盘前坐好，发动汽 车向车库出口开去。在车库出口处，你减慢车速，一 个传感器识别出你车中的电子钥匙，自动为你打开了 车库门。 从本质上来看，汽车是一种把势能转化为动能的 机器。在内燃发动机中，势能表现为化学能，这种能 量储存在汽油分子中。在电动汽车中，势能来自电化 学电池。而油电混合动力汽车既装有内燃发动机，又 配有电动机1，这种汽车的设计目标是将两种能源的 优势*大化，同时让其劣势*小化。燃油汽车加满一 箱油后可以跑很远的距离，但这种汽车的每公里油耗 指标不理想，还会产生有害气体。电动汽车则*加环 保、高效，但是每次充满电后的行驶距离有限，因为 其电池的能量密度较低。如果只考虑正常情况下的驾 驶需求，汽车只要装一个小型发动机就可以了（这样 的发动机在油耗方面效率*高）。但是，如果车辆需 要在高速路上加速或者爬陡坡，小型发动机将无法为 车辆提供足够的动力。上述情况虽然不常有，但却是 驾驶者可能遇到并且必须应对的重要情况，因此，为 了让这种*小、*高效的发动机在特殊情况下仍能产 生足够的动力，油电混合动力汽车把以电池供能的电 动机作为次要能量来源。这样一来，油电混合动力汽 车不仅靠*高效的发动机降低了每公里油耗，而且还 不用付出牺牲加速性能的代价——因为在车辆加速的 时候，电动机可以起到辅助作用。 然而，站在一名物理学家的角度看，每辆汽车都 是靠电能驱动的。不管让车轮转动的能量来自那里， 从本质上来看，电动汽车、燃油汽车，甚至是靠蒸汽 机驱动的古董车，它们的能量归根结底都来源于电。 在正常情况下，原子是电中性的（既不带正电荷 ，也不带负电荷）。然而，电中性的原子是不能和其 他电中性的原子形成化学键的。如果我们让两个原子 靠得**近，它们的电子旋转轨道就会发生重叠。带 负电的电子会互相排斥，使得两个原子彼此远离并且 各自独立。要想让两个原子结合在一起形成一个分子 ，就必须克服这种排斥力，因此必须找到一种额外的 吸引力来抵消电子之间的排斥力。原子间的所有键都 依赖于电所产生的吸引力，这种吸引力能让两个原子 保持“在一起”的状态。在一个汽油分子中，原子之 间的键叫作“共价键”，共价键通常来说**牢固， 想让共价键断裂，就必须施加相当大的能量。当汽车 发动机中发生燃烧反应时，汽油分子的碎片会重新组 合起来，由于共价键的强度很大，所以这个过程会释 放出相当大的能量。 还有一种化学键叫作“离子键”，电池中储蓄的 能量就来自离子键。如果原子所带的电子数目比正常 数目少或者多，原子就变成了“离子”。在一个“阳 从早晨的阳光射进你的房间，到结束繁忙的**关灯入睡，恍然间你会发现自己就置身于一个奇妙的物理世界中。生活中常见的电子设备都可以成为我们学习物理知识的教具，就这样，你的生活与物理学紧紧联系在一起。 物理学并不只是抽象的公式和名词，它*是你*常生活的一部分。 电动牙刷是如何充电的？导航仪是如何准确定位的？冰箱为什么能制冷？飞机为什么能在天上飞？这些你想过或者没想过的问题，这些物理老师可能也答不上来的问题，你都能在这本书里找到答案。 其实，电动牙刷的充电原理与电磁感应有关，导航仪通过计算信号的传输时间和速度来定位，冰箱的制冷原理与蒸汽散热的原理正好相反，飞机能够飞起来主要归功于机翼的特殊设计……