火焰的本质是什么？ | No.48
还记得小时候围坐炉边
看着跳跃的火苗
听着大灰狼的故事
长大之后却发现
总是习惯了生活中很多事情
少问了那么多的为什么
而我们永远不该停下探索的脚步
磁体一般分NS级的，如果将一个磁体有NS级的打磨成球体，还分NS级吗？会制造出单极磁体吗？
By 清泉
A
打磨成球形的磁体可以有NS极呀，地球不就是一个明显的例子嘛~~
磁单极子并不是靠这样打磨就可以找到的。因为宏观磁体，都是由宏观上很小，微观上很大的磁畴组成，磁体的磁场是由这些小磁畴磁场叠加而成。这些小磁畴都有各自的NS极，都不是磁单极子。
磁单极子是指存在一种粒子（或者准粒子），使得磁场成为有散度的场。而麦克斯韦方程组指出，磁场是有旋度没有散度的，所以在这种意义上说是不存在磁单极子的。若真存在这种粒子，麦克斯韦方程组将被改写。
彩虹为什么是圆弧状的？
By 南帝
A
众所周知彩虹与光的色散有关。彩虹是阳光在空气中的小水滴经折射和反射形成的，具体情况如下图
以小水滴的某个截面作为参考，入射光在水和空气两种介质中的折射率不同，我们可以发现，尽管入射光是均匀的，但由于入射水滴的位置不同，则入射角不同，于是导致了不同的偏折情况，即出射光线方向各不相同。尽管如此，我们可以看到在某条光线附近的光线出射后的角度相差很小，即图上所示出射光线密集的地方，在这条光线附近接受的光强最大，我们平时看到的彩虹便源于此，故这条光线被称为彩虹线，而偏折的角度被称为彩虹角。红光的彩虹角约为42°，而蓝光则稍小一些，这也是彩虹中红圈总在蓝圈外的原因。
假设太阳光是平行入射的，那么在无数条彩虹线中最终能到达我们眼睛的那部分的集合必是一个圆锥面，情况如下图
这就是为什么我们平时看到的彩虹都有近似圆弧形状的原因了。所以彩虹也只有在背对着太阳的情况下才能看到，而且由于我们总是站在地面观察彩虹，所以本该看到彩虹的下半部分被地面截断，只能看到大概半圈，但是如果太阳高度合适，人又处于高空中的话，那么将有机会看到彩虹完全体。至于有时“虹”外有时出现的那圈颜色次序颠倒的“霓”，原理与“虹”大致相同，由于是光在水滴中经历两次反射形成的，所以更为暗淡。
利用氢气球听地震或海啸的次声波，真的可行么？
By 海胜
A
风暴来临前会产生次声波，次声波的频率小于20Hz，人耳听不到，但是这个频率却很接近氢气球的固有频率。如果有风暴来临的话，风暴产生的次声波会与氢气球产生共振，这种震动能被氢气球周围的人感受到，因此，常用氢气球预测海上风暴。
地震时会产生次声波，但是在查阅一些资料后并没有发现通过氢气球听次声波，或许存在比用氢气球更好的方式监听地震产生的次声波。
用电容板产生均匀静电场，再在静电场区域用线圈产生与之前静电场垂直的均匀静磁场，这时按理来说会有均匀的能流密度矢量，对应于定向的能流。但是什么都是静止的，哪来的能流呢？
By 猎日
A
这是个很有意思的问题。坡印廷矢量究竟能不能用于静电磁场呢？尤其是两个看起来毫不相关的电场和磁场。这个问题很多大科学家也曾经讨论过、迷惑过。为了简化问题，我们考虑一个无穷大的平行板电容器，中间具有电场E，在整个空间加一个垂直于E的磁场B，按照坡印廷矢量的定义，在板间存在一个垂直于电场和磁场方向的，从无穷远来到无穷远去的能流S。静态的情况真的如此么？为了说明这个问题，我们拿一个导线将极板连接起来，导线在磁场中受到安培力的作用会产生一个横向的动量？那么这动量是哪里来的呢？通过计算可以得出，这动量正是来自于电磁场的动量。而电磁场的能流和动量是联系在一起的，板间确实存在能流。然而有同学不服了，你用无穷大的理想情况是耍流氓，如果是有限大的极板和有限的蹄形磁铁，那么能量怎么从有限远处跳到另外一点？实际上，理想局域的匀强电磁场在模型上都不能存在，更不可能用操作局域在极板间，总能流也必然是连续的，只不过在板间流线比较密而已。在《费曼物理学讲义》第2卷，第17章第4节有关于静电磁场能流密度问题的阐述。其实，这正是守恒律要求的必然结果，感兴趣的同学可以翻看一下。 参考文献：陈熙谋 能流密度不适用于静场情形么？ 《大学物理》
火焰的本质是什么?
By 一個愛學習的寶寶
A
火焰的实质是高温的气态或等离子态的物质.接下来你可能要问什么是等离子态？
在物质变为气态以后,如果从外界继续得到能量,到一定程度后,它的粒子又可以进一步分裂为带负电的电子和带正电的离子,即原子或分子发生了电离.电离使带电粒子浓度超过一定数量（通常大约需千分之一以上）后,气体的行为虽然仍与平常的流体相似,但中性粒子的作用开始退居到次要地位,带电粒子的作用成为主导的,整个物质表现出一系列新的性质.像这样部分或完全电离的气体,其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等,而整体又呈电中性,行为受电磁场影响,称为“等离子体”.因为物质的固、液、气态都属于“聚集态”,所以从聚集态的顺序来说,也常常把“等离子态”称为物质的第四态.
有两种因素决定火焰的颜色 ：
1 气态和等离子态物质的 元素构成 决定火焰的固有光谱 ,元素表的每种元素高温下都会发出自己特定的光色,常见的比如 钠会出现黄色,钾是紫色,铜是绿色,化合物的光色是一种杂色,因为有许多种类的元素在发光.
2 火焰的温度决定火焰的颜色,火焰是一种反应 （暴烈的火焰）低温的时候是红外线,随着温度的上升,火焰从红色橙色（3000度）到 黄色白色（4000度） 到 青色蓝色（5000-6000度）到紫色（7000以上） 到最后看不见的紫外线（几万度）,颜色在不断的改变.
从高能物理来说,红外线,有色光谱段的火焰都是低能量的火焰,温度继续高下去,火焰的颜色从紫外线到x线到伽马线等等,这些都是无法形容的 “颜色”
量子是如何过渡到经典的？
飞天的小蚕蛹
A
这个问题可以由不同的角度去理解。
第一个理解的角度是动力学方程，量子的算符运动方程满足海森堡方程，进一步取平均值之后，我们可以得到平均值的动力学方程，这个经典的动力学方程是对应的，也就是所谓的Ehrenfest定理。
第二个理解的角度是经典的运动轨迹，我们知道量子力学中，坐标动量是不対易的，[x，p]=ih/2π所以我们看到，在h趋于零的时候，坐标和动量就变得対易了，所以我们可以同时确定粒子的坐标和动量。也就是经典的运动轨迹。
当然如果从路径积分的角度去理解的，就是在h趋于0的时候，在最稳相近似下，所有的非经典轨迹都会相消，最后只留下经典的作用量所决定的轨迹。
最后补充一点，其实大家普遍相信在h趋于零的时候，量子会过度到经典，但是这种具体的对应，我们并没有完全的理解，比如在量子混沌中，h趋于0是如何过度到经典混沌的？等等
请问，太阳所有射出的光线中，到达地球表面含量最多的是什么光线？
By :)夜．殘影
A
太阳源源不断地以电磁波的形式向四周放射能量。太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 µm左右。太阳发射的辐射电磁波通过地球大气时，大气作为一种传输介质，对电磁辐射的影响主要表现为反射、散射与选择性吸收，致使电磁辐射强度减弱，其光谱成分也发生一定的变化。在可见光波段以散射为主，红外波段以吸收为主。
大气的吸收作用：大气中各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带。大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、臭氧和二氧化碳。水汽主要吸收红外波段；臭氧主要吸收紫外波段；二氧化碳主要吸收红外波段。
大气的散射作用：当电磁波穿过大气层时，遇到各种微粒（气体分子，尘埃等），会使电磁波传播方向发生改变。大气散射降低了太阳通过时直射的强度，改变了太阳辐射的方向，消弱了到达地面或向外的辐射，产生了漫反射的天空散射光（又叫天空光或天空辐射），增强了地面的辐照和大气层本身的“亮度”。
大气的反射作用：云量越多、云层越厚，反射作用越强。
经过这一系列的作用，经过大气层的太阳辐射有很大的衰减，而且各波段的衰减是不均衡的。到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～ 3.0 µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外。最后上个图。
地球是一个球体，若将其表面展开铺平，得到的不该是一个矩形，但为什么时区划分图中的世界是矩形的？世界地图也几乎是矩形的？
By 不懂
A
实际上，由于地球近似于三维球体，而地图则是一个二维的平面。你没有办法将一个球面变成一个平面。当采用不同投影方式将地球表面投影在二维平面时，每一种投影方式都会使地球表面产生变形。因此，世界上没有一幅完全精确的地图，各种地图都是为方便实际使用设计的，都会着重保证的某一方面的真实性。
时区是以经线来划分的，所以为便于时区划分，经线划分图上将经线会变形为直线。这种地图多是采用墨卡托投影制作。这种投影的方法，简单的讲，就是假设用一个和赤道面垂直的圆柱套在地球上，然后在地心点亮一盏灯，灯光将地球上各个点投影在圆柱上，再把圆柱展开，就做成了这种矩形地图。
不过实际上我们较少用到矩形的地图，因为矩形地图失真很严重。使用墨卡托投影制作的地图，纬线和经线是相互垂直的直线，但纬线越向两极地区，间隔就会急剧增大，到南北极点时，纬线间距离达到无穷大。由此造成的结果，就是地图在赤道地区非常精确，但在两极地区则变形极大。下面这张地图就是用墨卡托投影制作的，大家感受一下：
注：非洲面积真实面积是格陵兰岛（红线圈起的区域）的13倍
所以一般至少要使用椭圆形的地图才能使失真不那么严重，如这张地图：
至于为什么我们常见到的世界地图的形状还多是接近于矩形，这就是主要出于地图的实用性的考虑了。为了不将地球上的大陆生生切断，地图的边缘形状必须较为规则。（想一想如果你的国家在世界地图上被边缘切开了，你是不是会非常郁闷？） 椭圆形的世界地图既保证了失真不特别严重，又使各块大陆，各个国家的形状都能在地图上得以完整地展现。因而，这种出于综合考虑的地图实际使用最为广泛。
本期答题团队：
中科院物理所 Z.S 、ZCL、WQD、可爱的你、 清华 物理系41的同学、北理工 文卿、大化所 J.Baker
写下您的问题，下周五同一时间哦~
↓识别下方二维码快速提问↓
上期也精彩
编辑：WQD
近期热门文章Top10
↓ 点击标题即可查看 ↓
2. 一张通往数学世界的地图
6. 博士生的心灵砒霜，男博士看了会沉默，女博士看了会流泪，读到哪条你哭了？
7. 科学撩妹大法！十个小实验助你轻松表达爱意 | 线上科学日