11月26日消息,為什么坐飛機總犯困?為什么宇宙中氫元素極多,但大氣中含量較少?11月26日12時,《張朝陽的物理課》第六期如約而至,搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼CEO張朝陽繼續(xù)坐鎮(zhèn)搜狐視頻直播間。這次他還特別準備,戴了一頂帽子,稱希望打扮成19世紀數學物理學家、“熱力學之父”開爾文的樣子,和大家講述“溫度的故事”。
直播中,張朝陽回顧了前五期物理課涉及的現象和公式,包括牛頓定律、波動方程、絕熱指數、單擺運動等,隨即科普兩個關于溫度的概念:第一,溫度決定兩個物體接觸的時候,能量的流向;第二,量度的時候,用自然界熱脹冷縮的刻度來定義溫度t。
講到“用刻度定義溫度”,根據開爾文的研究成果,張朝陽糾正了一個知識誤區(qū):月球背對太陽的地方,溫度很低,甚至可能達到零下400℃。通過講解,他告訴大家,實際上,溫度是有下限的。物理學家確定的溫度下限就是絕對零度,即零下273.15℃。
隨后,張朝陽從“經驗”角度推導理想空氣的狀態(tài)方程,并介紹了知名化學家、物理學家的觀點。其中查爾斯定律描述壓強隨溫度作線性;蓋·呂薩定律提出,一定質量的氣體,在壓強不變的情況下,它的體積跟熱力學溫度成正比;玻意耳定律認為,在定量定溫下,理想氣體的體積與氣體的壓強成反比;阿伏加德羅定律稱,同溫同壓下,相同體積的任何氣體含有相同的分子數。
建立在幾位學者提出的定律基礎上,張朝陽寫出了理想氣體狀態(tài)方程,它是描述理想氣體在處于平衡態(tài)時,壓強、體積、溫度間關系的狀態(tài)方程,可用pV=NKT,或者pV=nRT表示,式中:p為壓強(Pa),V為氣體體積(m³),T為溫度(K),n為氣體的物質的量(mol),R為摩爾氣體常數(也叫普適氣體恒量)。
張朝陽使用“直播白板”,推導理想氣體狀態(tài)方程
從“經驗”導出公式后,張朝陽講解理論、推導公式。通過計算,得到和上述通過“經驗”推導的公式一樣,由此打通了“經驗值”和“理論值”兩條路徑??梢缘弥?,溫度就是分子的平均動能,溫度直接對應于分子的平均動能。當壓縮氣體,就是對氣體做功,能量增加,實際上傳遞到平均的分子上的速度加快了。壓強升高,溫度升高,體積也減小了,這是方程想要表達的。這也是蒸汽機的原理。
學會了公式,如何應用于現實問題?張朝陽嘗試解決空氣密度如何隨著海拔上升而變化,以及飛機上氧含量的計算。他假定在高度0和高度h時,計算出了兩種高度的空氣密度,得出不同高度下,氧氣密度的公式。并有結論:氧氣含量隨著海拔增加呈指數衰減。海拔升高2000米左右,氧氣含量約減少四分之一。而飛機在加壓加氧的情況下,基本相當于海拔2000米的高度,所以在飛機艙內,氧氣含量減少四分之一。
最后,張朝陽解釋了地球大氣中氫氣含量較少的原因。首先氫氣輕,衰減慢,爬得高;其次和速度分布有關系,結合麥克斯韋速度分布,氫氣的長尾速度超過第一宇宙速度、第二宇宙速度,地球吸不住它,就“逃離”了地球。
今天的直播課相比前幾期,難度有所減弱。張朝陽建議網友看回放,掀起一個對于溫度概念的討論。實際上,網友還可通過“直播白板”復習。也有“課代表”將每堂課的筆記,發(fā)布在搜狐新聞客戶端“關注流”上,便于網友查漏補缺。
自11月5日開始,《張朝陽的物理課》已直播六期。在第一、第二課中,張朝陽科普了“力”和“速度”,并現場計算出馬斯克的飛船和中國空間站每日繞地飛行的圈數;第三、四課的內容則一脈相承,和“振動”相關,科普了可見光的基本知識,解釋了早中晚太陽顏色不一樣的原因,以及天空呈現藍色的秘密。第五、六課,則引發(fā)了關于音速和溫度的大討論。
《張朝陽的物理課》不僅解釋了生活中常見現象背后的原理,還層層深入,將知識點落到物理公式上。他通過第一宇宙速度、第二宇宙速度、庫倫定律、簡諧運動等,層層遞進,步步演算,得出了瑞利散射、單擺、物理擺的公式。
觀察生活現象+解釋背后原理+推導演算公式,結合六期《張朝陽的物理課》可以看出,直播課程都是從日常現象引入,先幫助網友理解現象,提升興趣,接著“透過現象看本質”,解釋物理知識,反過來解決生活中的問題。
這也印證著課堂開始的觀點:“物理是算出來的,玄乎其玄的科幻概念和實證有區(qū)別。”張朝陽認為雖然物理并不輕松,但每個人不應該覺得自己可能學不會一件事而不去學,恰恰相反,聰明在于過程,看起來枯燥的物理知識如果經過分解后再理解,并不一定比生活中的事更困難。張朝陽鼓勵網友應該打破思維的邊界,科學學習,希望每個人都能對這個世界充滿更多的好奇心與勇氣。
據了解,在未來課程中,張朝陽還會探討熱力學。通過設置一個個話題,以深入淺出的講解方式,利用物理學解釋生活現象,達到專業(yè)人士認可,普通人能聽懂的效果,借此激發(fā)科學學習的熱潮。該課程將于每周周五、周日12時在搜狐視頻直播。
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