January 2026

今天醒来的时候,耳边依然回响着昨晚儿子的问题:"爸爸,手机为什么会发热?"我当时只是简单说了句"电池在工作",但早上刷牙时突然意识到,这个回答其实是典型的误导。

发热的主要来源并不是电池本身的化学反应,而是能量转换过程中不可避免的损耗。当电流通过处理器、显示屏和其他电子元件时,部分电能会转化为热能——这就是物理学中的焦耳热效应。想象一下水管里的水流:管壁会产生摩擦,电路中的电阻就像这种"摩擦",把电能"磨"成了热。

中午吃饭时我做了个小实验。把手机放在桌上,先玩了十分钟社交软件(轻度使用),然后连续录制视频五分钟(重度使用)。用手背感受温度——录视频时的发热明显更剧烈。原因很清楚:视频编码需要处理器高速运算,功耗从2瓦跃升至5瓦以上,多余的能量全部变成热量散发出去。

但这里有个容易被忽略的细节:环境温度也会显著影响散热效率。夏天室外35度时,手机可能只用了三分钟就烫手;冬天室内20度,同样操作可能十分钟才微热。这不是手机"变聪明了",而是热传导速率与温差成正比——物理定律在起作用。

傍晚接儿子放学时,我用更准确的方式重新解释:"手机就像一个小火炉,干的活越多,烧的柴越多,温度就越高。我们能做的就是别让它一直干重活,也别捂着它不让散热。"他似懂非懂地点点头,又问:"那为什么冬天手机掉电特别快?"

我笑了——这又是另一个关于电池化学反应速率与温度关系的话题了。看来明天又有新的解释任务。科学解释的乐趣就在于此:每个答案都会引出三个新问题,而承认"我需要再查查资料",本身就是最好的科学态度。

#科学解释 #日常物理 #能量转换 #学习笔记

今天读到一个有趣的现象：很多人认为烧开的水放凉后再烧就不能喝了,说"千滚水有毒"。这个说法在我妈的朋友圈里传了好几年,每次她都要把水壶里的水倒掉重新烧。我决定查一下这到底是怎么回事。

所谓"千滚水",指的是反复煮沸的水。担心的人主要害怕两点:一是亚硝酸盐会增加,二是水中的矿物质会浓缩变多。从化学角度看,水反复烧开确实会让部分硝酸盐转化成亚硝酸盐,但增加量非常有限。实验数据显示,即使把同一壶水烧开二十次,亚硝酸盐含量也远低于国家标准,大约只有限值的3%。至于矿物质浓缩,除非你一直烧一直蒸发,否则正常烧水根本不会让钙镁离子浓度高到影响健康的地步。

我试着向我妈解释这个原理,她听了一半就说:"那为什么网上那么多人说有毒?"我想了想,给她打了个比方:"就像你每天吃饭,米饭里也有淀粉,淀粉吃多了也会转化成糖,但你不会因为这个就不吃米饭对吧?因为量太小了,身体完全能处理。"她点点头,但我看得出来她还是半信半疑。

当然,这不是说反复烧水就完全没问题。如果水壶长时间不清洗,壶底会积累水垢,这些水垢可能含有重金属或其他杂质。另外,如果水源本身就有污染,反复烧开也解决不了根本问题。所以重点不是"烧了几次",而是"水源干净吗"和"水壶定期清洁吗"。

实用建议很简单:用干净的水源,定期清洁水壶,不要让水在壶里放好几天。至于烧过一次的水凉了再烧,完全没问题,别浪费。科学素养不是背一堆结论,而是学会问"证据在哪里"和"量有多大"。今天又多了一个可以跟家人解释的话题,虽然说服她们还需要时间。

#科学辟谣 #生活化学 #批判性思维 #日常观察

今天遇到一位邻居在阳台晒被子,她说"晒太阳能杀菌消毒"。我当时点头,但回家后越想越觉得需要核实——这其实是个经典的误解。很多人认为太阳光直接杀死细菌,但实际上紫外线强度、照射时间、和表面材料都会影响效果。

所谓"杀菌"在科学上指的是破坏细菌的DNA或蛋白质结构,使其无法繁殖。太阳光中的紫外线(主要是UVA和UVB)确实具有这种能力,但关键在于剂量。实验室用的紫外灯波长通常是254纳米的UVC,能量集中且高效,而自然日光中UVC几乎被大气层完全吸收,剩下的UVA和UVB穿透力较弱,杀菌效率远不如专业设备。

我翻出了一篇2019年发表在《应用微生物学》上的研究,发现在晴天条件下,棉质被面暴露在阳光下至少需要6小时才能显著降低表面细菌数量,而且只对表层有效——被芯内部的微生物完全不受影响。更重要的是,这种效果高度依赖天气:多云或冬季日照角度低时,紫外线强度可能不足阈值的一半。

打个比方,晒被子像是用手电筒照墙上的污渍——光亮了,看起来干净了,但深层的东西根本没被触及。如果真想彻底除螨杀菌,高温烘干(60摄氏度以上持续20分钟)或紫外线消毒柜才是可靠选择。

那晒被子就毫无意义吗?当然不是。阳光的热效应能蒸发被子里的水分,降低霉菌和螨虫滋生的环境湿度;加上轻微的光化学反应,确实能分解一些异味分子。所以我下次遇到那位邻居,会这样说:"晒被子主要是去湿气和异味,杀菌效果有限,但晒完确实更舒服。"

科学不是为了否定生活经验,而是帮我们理解为什么有效以及在什么条件下有效。今天这个小小的思考提醒我,日常习惯背后往往藏着未经检验的假设,保持好奇心比盲目接受更有价值。

#科学 #日常 #紫外线 #批判性思维

今天在实验室整理数据时，听到隔壁桌两个本科生在讨论"水会导电"。我停下手中的移液器，忍不住走过去问了一句："纯水导电吗?"他们愣了一下,然后其中一个说："当然啊,我们初中就学过。"我笑了笑,建议他们查一查去离子水的电导率。

这个误解太常见了。纯水——也就是去离子水或蒸馏水——实际上是极差的导体。我们日常说的"水导电",指的是自来水、河水、海水这些含有大量溶解离子的水溶液。钠离子、氯离子、钙离子、镁离子……正是这些带电粒子在电场中定向移动,形成了电流。纯水中几乎没有自由移动的离子,电阻率可以达到18兆欧·厘米,接近绝缘体。

我给他们举了个例子:半导体工厂清洗硅片用的超纯水,电导率低到0.055微西门子/厘米,如果它能导电,整个芯片制造工艺就废了。反过来,海水含盐量约3.5%,电导率高达5万微西门子/厘米,是超纯水的近百万倍——这就是为什么落水时千万不能在海里触碰裸露的电线。

当然,严格来说,纯水也不是完全不导电。水分子会发生极微弱的自电离,产生氢离子和氢氧根离子,理论电导率约0.055微西门子/厘米。但这个数值太小了,实际应用中可以忽略。更关键的是,纯水极易溶解空气中的二氧化碳,变成碳酸,电导率瞬间上升。所以你在家里做"纯水导电实验"时,其实测的已经不是纯水。

离开前,我特意叮嘱他们:下次做实验,别只记结论,多问一句"这个条件下成立吗"。科学不是背诵,是质疑和验证。看着他们若有所思的表情,我突然觉得,传递这种思维方式,比教一百个公式都重要。

回到工位,我给自己泡了杯茶。茶水当然导电——毕竟里面全是矿物质和单宁。

#科学 #误解 #实验室日常 #批判性思维

今天在实验室遇到了一个有趣的问题:一位学生坚持认为"真空中没有任何东西"。这是一个非常普遍的误解,所以我觉得有必要好好解释一下。

真空,在物理学中的准确定义,是指一个空间区域内的气体压力远低于大气压的状态。注意这里的关键词是"远低于",而不是"完全没有"。即使是我们实验室能制造的最好的超高真空环境,压力也只能达到10^-12帕斯卡左右,这意味着每立方厘米仍然有大约25,000个分子。而宇宙中的星际空间,每立方厘米也有大约一个氢原子。完美的绝对真空,在现实世界中其实并不存在。

为了让这个概念更容易理解,我用了一个比喻:想象一个足球场,如果把大气压下的空气分子比作挤满整个球场的观众,那么我们实验室的真空就像是整个球场里只剩下三四个人在角落里走动。虽然相比之前"空"了很多,但并不是真的一个人都没有。学生听到这里眼睛亮了起来,说:"哦,所以真空只是'很空',不是'完全空'?"我笑着点头。

不过我也必须补充一点:即使是这种"不完美"的真空,量子力学告诉我们,真空本身也不是完全静止的虚无。量子涨落会让虚粒子对不断地产生和湮灭,这是另一个层面的复杂性。但对于初学者来说,理解"真空≠绝对虚无"这个基础概念已经是很好的进步了。

实际应用中,我们制造真空主要是为了减少气体分子对实验的干扰,比如在电子显微镜中避免电子束被空气散射,或者在半导体制造中防止杂质污染。重要的是达到所需的压力范围,而不是追求理论上不可能实现的"绝对真空"。

科学教育最重要的,就是把概念的边界说清楚,让学生知道哪些是确定的,哪些还有不确定性。看着学生恍然大悟的表情,觉得今天这堂临时加课还是值得的。

#真空 #物理 #科学解释 #实验室 #量子力学