打火机是怎么点火的？_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-01-18 12:37
原创：中科院物理所
转眼间又要过年了，回想上次过年，仿佛还在昨天。说起过年我就想起放炮，对于广大熊孩子来说，放炮是童年印象最深刻的娱乐活动之一。放炮最重要的一点就是要有一个性能优良的打火机，说起打火机，你知道打火机是怎么点火的吗？
1
Q
电打火机的发电原理是什么？
by 機鋒
A
电打火机工作的时候主要是通过电火花点燃丁烷。所以，点火的关键在于如何产生电火花。打火机中产生电火花的装置原理如图，其核心部件是压电陶瓷。压电陶瓷是一种可以将机械能转化成电能的材料，当压电陶瓷受到外界的压力时，陶瓷中正负电荷中心发生分离，导致它的两个表面上分别积累正负电荷形成电势差。
如果电荷积累足够多，产生的电势差将足以把空气击穿产生电火花，打火机正是利用这种电火花来点火。在打火机的点火装置中，通过按压顶部按钮在弹簧后中储存势能，然后通过突然释放储存的势能撞击压电陶瓷从而在一瞬间实现陶瓷两侧电荷的积累产生放电。完成点火。
By Nothing
2
Q
为什么一个镜子碎掉后也不会出现很多个我，而很多个镜子里却会有很多个我？
by 王炸蟹圆
A
我们只在几何光学的范围内讨论这个问题，不考虑干涉衍射等效应，并假设镜子可以被无限分割下去。
想要回答这个问题，我们先来回顾一下平面镜成像的原理和特点：
一个平面镜会制造一个和物等大正立的像，像和物关于镜面对称。
显然，镜面可以被看做由无数小的镜子拼接而成，每个小镜子都会产生一个像。那为什么我们没有看到无数个不同的像呢（即便是改变观察的位置也只能看到一个像）？原因在于，每个小镜子产生的像都在一个位置，所以我们看起来好像只有一个像。通过平面镜成像的特点我们可以看出，要想一面镜子每个部分所成的像都在一个位置，要求镜面是完美的平面，哪怕一个部位有稍微的突起或者凹陷就会产生一个和其他部位的像不重合的像。
当面镜子裂开但是并没有支离破碎时，虽然镜子上有裂痕出现，但是各个碎片还大体处于一个平面上，所以看起来只有一个像。
但是对于多面镜子，想要把它们完全置于一个平面上是不容易的，所以往往会看到多个像。当然，如果你能把很多镜子完全摆在一个平面上，也将只能看到一个像。
By Nothing
3
Q
什么是压电效应跟晶体结构有关吗?
by 平均分
A
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。如图所示：
要注意的是需要将逆压电效应与电致伸缩效应区分开。由于诱导极化的作用，任何介质在电场中发生形变，产生的形变与外电场的平方成正比，与外电场的方向无关，这就是电致伸缩效应。逆压电效应产生的形变与外电场成正比，形变与电场方向有关，当电场反向时，原来伸长得变为缩短，原来缩短的变为伸长。
压电效应与晶体结构直接相关，在32种晶体点群中，只有20种点群的晶体具有压电效应，这20种点群都不具有对称中心。因为具有对称中心的晶体，其正（负）电荷的排列是中心对称的，等效来看，正负电荷中心都在原点，其正负电荷中心重合，总电矩为零，宏观形变在不改变微观晶体结构的情况下，其正负电荷中心永远重合，不会产生总电矩，因此不具有压电效应。无对称中心是压电效应的必要条件。
By 勿用
4
Q
尖锐的刀刃在微观下是不是也是一个个圆形原子组成的？如果是这样子的话是不是自然界中没有绝对尖锐事物了？
by young #
A
一般来讲，普通的刀尖其刀刃部分是达不到单层原子排列的极限，即使是很锋利的刀，不考虑磨刀者的手艺，不管是铁原子还是碳原子，当其形成单层原子暴露在空气中时，特别容易被氧化，很难稳定存在。就目前而言，笔者所了解的最尖锐的事物分别是扫描隧道显微镜的针尖和原子力显微镜的针尖，其尖端在一定情况下可以达到只有几个原子，可以进行微观下单原子的操作。
把原子看作一个个刚性小球时，单个原子对应的尖端可以认为是宏观条件下最为尖锐的东西了，这种情况下的确不存在绝对尖锐的事物。但实际上，单个原子或者说基本粒子的形状是否为圆形是有争议的，或者说在极限条件下考虑粒子的形状是没有意义的，这种情况下，“尖锐”对应的概念也需要重新定义。如果硬要回答的话，我相信这个答案可能会更好。
By 勿用
5
Q
为什么零摄氏度的蒸馏水剧烈撞击后会结冰？
by follies
A
冰点，标准大气压下，水由液态变为固态的温度——0℃（273K）。这里的水指纯水，当水中含有杂质时，冰点会降低，比如当海水中的盐度达到24.695时，海水的冰点时-1.332℃。
结冰包括两个过程：液态水变成固态水，这是一个相变过程，在低于冰点的温度下是自发的，自由能降低（就像上课铃一响，大家各自坐到自己的座位上这是一个自发的过程）；形成冰-水之间的界面，这是一个界面过程，由于界面能的存在，产生这个界面是反自发的过程，自由能升高。
蒸馏水中杂质较少，结冰过程中，晶核表面形成冰水界面，在凝结核较小时，比表面积大，界面过程占据主导，晶核的形成使得系统自由能升高，这是一个非自发的过程，不会自发进行。当晶核足够大时，比表面积减小，相变过程占主导，此时才会自发结冰。
零摄氏度的蒸馏水处于冰点，其温度涨落提供的能量不足以使冰核形成足够大的尺寸，不能够自发结冰。当剧烈撞击时，外界提供能量使得过冷水局部能量涨落形成足够大的晶核，从而自发结冰。
By 勿用
6
Q
现在电动自行车限速了，很多人想买一台变速自行车，请问变速自行车的速度跟车轮大小有关系吗？
by 许
A
自行车速度的大小和车轮是有关系的，但并不是简单的正相关或者负相关的关系。下面只讨论自行车可以达到的最大速度和车轮大小的关系。设想你正在以一定的速度(脚踏板的转速恒定)蹬自行车，那么大的轮胎直径一定会增加车速。但是相应的问题就是你需要更大的力维持脚踏板恒定的转速，因为大轮胎相当于增加了阻力臂。可以看出，虽然在转速相同的情况下大的轮胎速度更快，但是大的轮胎直径会降低最大转速。极端情况是，轮胎非常非常小，你可以蹬得飞快（不可能无穷快）但是车的速度非常小；轮胎非常非常大时，干脆就蹬不动了，速度可以看作零。所以只有合适的轮胎大小才能让你骑得飞快。一般爬坡时小轮胎合适，平地时大轮胎合适。不过我们很难在运行过程中随时调节轮胎大小，这时变速自行车的变速起就可以发挥作用啦。它可以通过调节齿轮比达到和改变轮胎大小同样的效果。
By Nothing
7
Q
为什么时间长了暖气的正上方墙面会变黑？为什么放一块木板可以减轻这种现象？
by 华
A
因为暖气片附近的温度高，加热空气，热空气的密度低，向上流动，然后撞上墙壁。而空气中的灰尘也随着热空气撞上墙壁，所以暖气正上方的墙面相比于其他地方就容易积攒灰尘，看起来也就更黑。放一块木板可以减轻这种现象是因为木板在“代人受过”，并且破坏了热空气的运动方向。白炽灯和日光灯管上方的墙壁容易变黑，也是同样的原因。
By 重光
8
Q
请问引力是什么？怎么产生的？引力作用是超距的吗？
by 瞿亮
A
“引力是什么”这个问题对于不同年龄段有不同的回答。
1. 幼儿园——引力就是你感受的重力鸭（并不是。
2. 初中——引力就是牛顿提出的万有引力。
3. 本科生——引力相互作用就是爱因斯坦场方程。
4. 理论物理学家——emmmmm，我不知道啊。
考虑到能打开我们物理所公众号的水友们人均博士，那就主要以本科生地方式回答。对引力的诠释，现在市场上主流的观点是用几何进行解释的。并且现在都是9102年了，什么东西都要和quantum（量子）扯一扯，但是遗憾的是目前较权威的引力理论仍旧是爱因斯坦当初提出的经典理论。引力和几何有关，这乍一听很不可思议，就像你女朋友告诉你打折就是不要钱一样～
但是你能像勾选条款一样同意并相信下面两个事实，你会相信引力可能真的和几何有关：
1.光走极值的路径。（Fermat’s principle）
2.光收到引力相互作用，会弯曲。
我们都知道光是沿直线传播的，但是这个有一个条件就是在欧式几何，也就是平直空间，在弯曲的空间就不再是直线传播（是的，你的常识又给你产生了一种偏见）。比如在二维球面空间，众所周知，光走大圆的优弧。现在想象你在某个时空中观测到光线弯曲传播，你能从光的角度说明是收到了引力相互作用还是这个时空本身就是弯曲的么？
如果你能看完我的瞎扯，并带着引力和几何有关的想法开始学习或者准备学习广义相对论，等你学完以后，能够花上一点时间推出水星的进动角并和实验比较做比较的话
你会相信引力就是时空弯曲带来的物理结果，而导致时空弯曲的便是物质，这些都包含在爱因斯坦场方程里。
至于引力作用是否是超距的。从幼儿园我们就知道，狭义相对论的假设之一即任何物体的速度不会超过光速。换句话说，有效信息的传播速度不会超过光速，而引力相互作用能改变物体的运动状态，肯定是不会超光速的。
最后得说一下，引力几何的阐述是比较主流的观点，也存在其他观点，比如近几年提出的引力是一种熵力（有兴趣并且有勇气可以看On the Origin of Gravity and the Laws of Newton - Erik Verlinde），还比如来自Steven. Weinberg的观点，在他的《Gravitation and Cosmology》一书中有这样的话：
“…I found that in most textbooks geometric ideas were given a starring role,…Of course, this was Einstein’s point of view,…However, I believe that the geometrical approach has driven a wedge between general relativity and the theory of elementary particles….I have based the discussion of general relativity on a principle derived from experiment…”
by 香菜大法好