一读书就犯困，我的大脑怎么了？| No. 426
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Q1 为什么蓝光led要贵一点？
Q2 往伤口上撒盐会很疼，即氯化钠接触到伤口会疼痛，那为什么用氯化铁溶液止血就不疼呢？
Q3 请问：宏观角度下，有机物和无机物（水溶）展现出来的颜色与其结构、官能团有什么必然的联系？或者说，不观察料体的情形下，怎么依据其分子结构式计算出其聚集时或水溶时候的颜色？
Q4 为什么一张纸放在称重器上显示不出重量，多次折叠成一块就可以测出重量？
Q5 铝锅为什么不能用电磁炉加热？
Q6 为什么洗过的鞋袜没晒干过段时间又会有异味?
Q7 为什么读书遇到难以理解的内容会容易犯困？
Q8 如果一滴雨点从高空恰好落到蚊子身上，那蚊子会不会被雨点砸死？
Q9 台风是怎么产生的？
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Q1
为什么蓝光led要贵一点？
by 郝狗鸭
答：在人类照明历史中，LED灯在发光效率上爬上了金字塔的顶端，这是一种半导体发光二极管。不像白炽灯是利用热辐射发光，LED从发光机理上拥有了节能的优势。LED能发光，靠的是PN结的特性，如下图所示，在正向偏置电压下，N区的高能级电子能注入P区，和P区的多子空穴复合，直接实现从电能变为光能。这创造了让一定数量的电子能处于高能级，以及在低能级处能有空位让电子下来后有位置待着的有利环境。因此光的颜色和PN结的禁带宽度相关。
图源于网络 为什么蓝色的LED灯更贵呢？价值决定价格。作为LED家族中压轴出场的重要角色，蓝光LED可谓排场十足，有了它，才凑齐了光的三原色，2014年的诺贝尔物理学奖便是它高价值的勋章。早在上世纪便有了红光和绿光LED，但蓝光波长短，能量更高，所需要的电子跃迁能级差大，因此要制造蓝光LED所需要的材料的禁带宽度要比绿光和红光大的多，对半导体材料的带隙和结构要求更高，直到1989年才首次实现高效蓝光LED。这漫长的几十年中，是材料生长工艺的不断进化，最终生长出来了完美晶格的氮化镓，才实现了宽禁带材料的高效发光。
参考文献：
李海.2014年诺贝尔物理学奖——蓝光LED的发明[J].自然辩证法研究,2015,31(04):83-87. by 小线
Q.E.D.
Q2
往伤口上撒盐会很疼，即氯化钠接触到伤口会疼痛，那为什么用氯化铁溶液止血就不疼呢？
by 上课用的米醋
答：生理盐水可以消毒，而盐只会让伤口更疼，没有水分的盐粒接触到伤口，就会将人体细胞中的水分吸走，引发细胞脱水，伤口表面的细胞大量死亡，直接刺激痛觉神经纤维，所以会觉得更痛。而生理盐水的浓度和人体中盐的浓度一样，为0.9%的氯化钠溶液，不会刺激细胞，避免疼痛，同时冲掉伤口处的大部分细菌，防止感染。三氯化铁溶液通常用在小面积伤口的止血，止血原因是它的高氧化性和高热化学反应活性，当氯化铁接触到血液时，它会与血液中的铁离子反应形成氢氧化铁，同时释放出大量的热能，导致血管壁的收缩，使血管瞬间缩小，从而阻断血流并止血。此外，氯化铁还具有高氧化性，能够氧化血红蛋白形成氧化血红蛋白，进而使血液凝固并止血。
至于为什么使用时可能不会感到疼痛，这可能是因为三氯化铁溶液与血液反应迅速，止血作用发生得很快，而且通常被用在相对较小的伤口上，因此疼痛感可能不会很强烈。
在实际应用中要严格控制浓度，过量使用可能会对周围组织造成损伤，甚至中毒。
参考文献：
“在伤口上撒盐”真的会更痛？[J].家庭医药.就医选药,2021,(01):63. by 蓝多多
Q.E.D.
Q3
请问：宏观角度下，有机物和无机物（水溶）展现出来的颜色与其结构、官能团有什么必然的联系？或者说，不观察料体的情形下，怎么依据其分子结构式计算出其聚集时或水溶时候的颜色？
by 匿名
答：物体呈现的颜色一般来说（除了蝴蝶翅膀的结构色）都是因为其结构中的电子跃迁产生的。在原子或分子中的电子会形成不同的能级（可以简单理解为中学物理讲的原子的行星模型，电子在绕原子核的不同轨道就是不同的能级），不同能级上的能量不同，而这些被原子核束缚的电子有个特性是它们不能连续地改变它们的能量，就是说它们只能存在于特定的不同能量的能级上。它们从一个能级到另一个能级的过程就叫作跃迁，这个跃迁需要正好等于两个能级之间的能量差的能量。因此，如果电子吸收了等于特定能级差能量的光，那么电子就可以跑到其他能级上，而这个能量的光就消失了。
我们知道，光的不同颜色，来源于其不同的波长，就是光的不同能量。当某种波长（能量）的光子被吸收后，那么呈现出来的就是剩下那些光组合成的颜色。例如把太阳光中的绿色波段的光吸收后，就会呈现红色。
好的，我们讲完了前情提要，可以来回答问题了。有机物和无机物的颜色通常与其结构中的电子能级跃迁有关，特定的结构其电子行为确实有一定规律，因此可以从结构推测颜色：
(1) 共轭烯烃：简单的共轭烯烃如β-胡萝卜素和叶黄素，由于其长共轭链，可以吸收可见光，通常呈现橙色到黄色。 (2) 芳香族化合物：未取代的苯环本身是无色的，但含有扩展共轭系统的芳香族化合物（如蒽和吖啶）可以呈现从黄色到红色的颜色。 (3) 硝基化合物通常呈现黄色，亚硝基化合物通常呈现橙色或红色。 (4) 醌类化合物：具有共轭酮基团，通常呈现黄色或橙色。 (5) 多酚类：如黄酮类化合物，通常呈现黄色。 (6) 羰基化合物：在紫外光区域吸收，但通常不吸收可见光，因此大多数羰基化合物是无色的。但是，某些共轭羰基化合物（如二烯酮）可以呈现颜色。 (7) 卟啉和叶绿素：这些大环形化合物在可见光区域有强烈的吸收，呈现绿色或红色。 (8) 硫化物和硒化物：这些化合物通常呈现黄色或棕色。 (9) 金属配合物：铜配合物：通常呈现蓝色，如[Cu(NH3)4]2+。铁配合物：可以呈现多种颜色，如Fe2+（浅绿色）和Fe3+（黄色或棕色）。 然而，物质的颜色会受到分子环境、溶剂效应、浓度、pH值和其他因素的影响。此外，分子间的相互作用，如堆积和氢键，也可能影响颜色的表现。上面只是一些可能的定性规律。 结构决定性质，所以确实能够比较准确地从结构计算出颜色。我们可以使用密度泛函理论（DFT）（可以理解为一种解薛定谔方程的方法），计算电子能带结构以及跃迁偶极矩就可以知道物质的颜色了。如果你需要更加精确的结果，建议使用时间依赖的密度泛函（TD-DFT），能更好拟合激发态的电子行为。 by opzk
Q.E.D.
Q4
为什么一张纸放在称重器上显示不出重量，多次折叠成一块就可以测出重量？
by HanawaYo
答：秉持着追求真理的原则，小编用了实验室里的电子天平对不同的纸张进行称重。然而实验室中的电子天平非常灵敏，即使放一张纸也能称出质量。所以不妨做一个与上述问题等价的实验：同样一张纸，被展开和揉成团后质量相同吗？实验结果如下：
从图中可见，揉成团的纸确实重了一些。重复实验后，发现纸张增重的大小也不相同。为了搞清楚原因，我们从电子天平说起。
实验室中的电子天平采用电磁力平衡的原理。称盘与通电线圈连接，线圈位于磁场内。在称重时，磁场中有电流通过，线圈会产生一个电磁力，与重力大小相等、方向相反，同时在弹簧片的作用下，称盘恢复到原来的位置。传感器输出的电信号，通过模拟系统后，将被测物体的质量显示出来。因此电子天平有非常好的灵敏度。这意味着，如果纸张与称盘外其他部位接触，就会造成称量结果不准确，而实验中展开的纸面积太大，的确有可能碰到其他部位。况且纸张边缘超出称盘范围，造成重心偏移，也会影响示数。
同时我们发现，测量时天平的示数总是变化，不稳定，尤其是对展开的纸来说。这可能受到气流的影响，导致示数变化。再者揉搓纸团时，手上的皮屑、汗液可能会粘在纸上，进而导致纸团变重。
上述就是小编能想到的所有可能性，不知道小伙伴们还有哪些见解呢~
by Sid
Q.E.D.
Q5
铝锅为什么不能用电磁炉加热？
by 范文波
答：根据法拉第电磁感应定律可知，变化的电流可以产生磁场，变化的磁场又可以产生电场。电磁炉底部的线圈在交流电通过时产生快速变化的磁场。这个变化的磁场在锅具的底部产生涡旋电场，导体中的载流子在电场的推动下产生涡流。涡流的焦耳热效应使得导体升温，从而实现加热。为了有效产生涡流，锅具需要由铁磁性材料制成。这些材料对磁场有良好的响应，能够产生足够的涡流来加热。铝不是铁磁性材料，它对磁场的响应非常弱。因此，当铝锅放在电磁炉上时，几乎不会产生涡流，也就无法有效加热。
by 蓝多多
Q.E.D.
Q6
为什么洗过的鞋袜没晒干过段时间又会有异味?
by 范文波
答：如果鞋袜洗过之后没有晒干，这种潮湿环境就容易滋生细菌和真菌，他们会分解鞋袜上的汗液、肥皂液中的有机物和皮肤细胞等，产生臭味。
细菌是衣物气味的主要来源，它能够分解人体皮肤表面、毛发根部以及毛孔的分泌物，包括尿素、汗臭素等物质，并释放出气味分子。
如果衣服没有洗干净，汗渍就会发酵释放出馊味；或者洗衣机内部很脏，潮湿的夹层里堆积了许多污垢，发酵发霉，二次污染衣物。遇上阴冷潮湿的天气，空气不流通，这些黏附在衣服上的细菌大量繁殖，发出酸腐的臭味。
除此之外还有霉菌，霉菌在潮湿的环境中繁殖，它分泌的物质以臭味为主，会对衣服和其他物品形成很强的气味，就是我们常说的霉味。在室内环境中，如果湿度在75%~80%以上，就有很高的概率产生霉菌。
by 蓝多多
Q.E.D.
Q7
为什么读书遇到难以理解的内容会容易犯困？
by 无垠回荡克雷松
答：一读书就犯困，相信被这个问题困扰的人不止你一个。难道只是自己意志力薄弱无法抵挡困意吗？下面列出了几条可能的原因，快看看你中了几条。
图源于网络 选择的书太难理解
不同的书催眠效果也大不相同。读一本晦涩难懂的书常常会让人感觉昏昏欲睡，这是因为人们对于那些语言组织方式不那么流畅的书，信息转换的效率更低。这时读者需要花费更多的时间去理解复杂的句子结构、理清模糊的逻辑关系，这样会增加大脑的认知负荷，影响阅读体验。
对书的内容不感兴趣
卡尼曼从资源分配的角度，提出了“注意”资源有限说。“注意”是从唤醒开始的，相比于复杂的高数公式，大家似乎更喜欢读自己感兴趣的小说，这是因为小说强烈地唤醒了我们的“注意”，让人心甘情愿地把“注意”全部投入其中，所以书本内容是否吸引你也是重要因素。
可能是大脑正在保护你
阅读是一项非常消耗脑力的行为，它不仅要求大脑处理大量的文字信息，还需要在理解过程中不断进行分析和联想。就像运动久了会累一样，大脑在经过长时间的认知负荷后，也会让人产生精神疲劳。所以你越看越困，实际上是大脑在保护你，叫你快快去休息呢。
条件反射形成的不良习惯
睡觉和看书原本是无关的行为，但由于二者在外界的刺激下建立了联系，就形成了一看书就想睡觉的条件反射。比如人在疲劳的时候，仍顶着困意坚持看书学习，久而久之，睡觉和看书无形之中绑定在了一起。
参考资料：
by Sid
Q.E.D.
Q8
如果一滴雨点从高空恰好落到蚊子身上，那蚊子会不会被雨点砸死？
by 上课用的广告
答：事实上，蚊子不仅到了雨天不会躲，还非常欢快地在雨中玩耍，根本不care冷冷的雨水拍打在身上。
对雨中飞舞的蚊子进行高速摄影，可以发现，当雨滴砸中它们时很少会“正中红心”，一般都砸到了它们的六条腿上或者翅膀上，同时蚊子会向击中的那一侧倾斜，并通过高达50度的高难度“侧身翻滚动作”，让雨滴从身侧滑落，百分之一秒内就能恢复平衡。而当雨滴直接击中蚊子身体时，蚊子先顺应雨水强大的推力与之一同下落，随之迅速侧向微调与雨滴分离并恢复飞行。
图源于论文[2] 同时研究还发现，若是雨滴击中蚊子时，蚊子栖息于无法移动的地面上，雨滴的速度将瞬间减小为0，并施加等同于蚊子体重10000倍的力在蚊子身上，足以使其致命。而当蚊子在空中被击中并采用“不抵抗”策略时，蚊子受到的冲击力就减小为自重的50～300倍，只相当于在蚊子身上压了一根羽毛——这是蚊子所能够承受的。两者之间的区别，就如同“一拳打在钢板上”和“一拳打在棉花上”。
正是由于蚊子的重量微不可计，在与雨水碰撞的过程中，雨滴几乎没有减速，动能并未转化为其他形式的能量击打在蚊子身上，而是让蚊子瞬间加速，从而化解了高速下降的雨滴带来的巨大冲击。这就像是“以柔克刚”，
此外，蚊子特有的疏水性细毛也会帮助它们快速摆脱雨滴重量重新飞起，在落地前逃出生天。
参考文献：
吴承伟,孔祥清.蚊子水陆两栖运动的生物力学研究[C]//中国力学学会,中国生物医学工程学会生物力学专业委员会.第八届全国生物力学学术会议论文集.大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室;2006:2. 胡立德.蚊子为什么没有被雨滴砸死?[J].中国科技奖励,2015,(04):81. 雷俐娜.蚊子那些不为人知的冷知识[J].家庭科技,2013,(09):51. by 蓝多多
Q.E.D.
Q9
台风是怎么产生的？
by 匿名
答：刚刚过境的台风摩羯仍然让大家心有余悸，那就让我们一起来看一下台风究竟是如何形成的吧。
图源于网络 台风是强烈的热带气旋，形成的过程复杂，主要涉及海洋温度、湿度、风切变、热带扰动等因素。台风需要海洋表面温度至少达到26°C（约79°F）或更高，这种高温的海水能够蒸发成大量的水蒸气。水蒸气上升到大气中，冷却后凝结，释放热量，增强了气流上升的能力。
空气上升后凝结，空气中的湿度越高，意味着空气中含有更多的水蒸气。空气上升时，水蒸气冷却并凝结形成云，释放的热量进一步加剧空气的上升，从而加剧台风的形成。
不同高度的风速和风向变化会带来风切变。强风切变会破坏台风的结构，导致气旋无法稳定。因此，台风的形成需要低层风速较高。
台风通常始于热带扰动，如热带低压。热带扰动是一种低气压区，在此区域内，空气上升和旋转的过程逐渐增强。如果这种扰动在适当的条件下得到足够的增强，就会发展成台风。这些因素相互作用，形成并维持强烈的旋转气旋。如果这些条件持续存在，台风的强度和影响力将会显著增加。
参考文献
籍泽宇.台风形成原因及预防措施[J].科技风,2019,(05):128. 吴国雄.海温异常对台风形成的影响[J].大气科学,1992,(03):322-332. by serendipity
Q.E.D.
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编辑：Sid
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