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第24章 光与热(7)

复印机里的主要部件是涂有一层硒半导体的鼓状光导体(硒鼓),它的特点是具有光敏特性。在黑暗状态下,它很容易被外加高压电场充电而带上静电荷,在光照下又能把所带的电荷释放。这种特点我们称之为半导体的“光电导效应”。因为硒是P型半导体,所以一般硒鼓表层所带的是正电荷。这层正电荷有些类似于相纸的感光材料,“充电”正是给硒鼓“刷”上一层“感光材料”的过程。接下来将原稿的图文影像置于光线照射下,并投射到硒鼓上,使其在光照处电荷释放,暗处电荷保存,从而留下与原稿一致的静电潜像,这个过程称为“曝光”。因为静电潜像是不可见的,那么把不可见的潜像变成可见的影像过程就是“显影”。在这个过程中,需要用到与潜像电荷极性相反的带电色粉去吸附,同时让带电荷的白纸经过硒鼓,色粉就附在白纸上。最后为了使图像清晰和牢固,还要经高温烘烤或红外线照射,完成“定影”过程,整个复印过程才告结束。但在实际复印过程中,上述几个过程是自动连续完成的,所需时间不过数秒钟而已。

谈到复印技术的历史与发展,我国可算得上是世界上最早使用复印技术的国家了。古人们早就知道利用石碑、石版做模子,刻上字迹,然后覆盖上纸或布,均匀地涂上颜料,字就能清晰地印下来,我们把这种复印法称“拓”。另外,今天的图章和印记的使用,以及少年儿童利用白纸铅笔涂抹而获得自己喜爱的剪纸的方法与“拓”法也有异曲同工之处。但现代复印技术的发明人还得算美国的物理学家C·F·卡尔逊,他在·克奈的帮助下,曾于1938年进行了复印的实验并一举获得成功。他在暗室中用一块手帕与涂有硫磺的锌板摩擦,使其带电,然后将透明纸原稿覆盖在锌板上,用白炽灯照射数秒钟,以形成静电潜像;最后用有色粉末进行显影,以重现与原稿相同的图象。这是世界上对静电复印的首次尝试,在1942年获得了美国专利。根据这项发明,两年后,世界上的第一台静电复印机诞生了。后来经过多少年不断摸索和改进,复印机的性能越来越完善和先进,B冈拉克在这方面功不可没。经他的革新发明后,现在的复印机具有以下特点:它能连续复印,使最初的4分钟印一张到今天的每分钟印120~150张。其次是提高了复制品的清晰度。再就是机器更简单化和小型化,且具按比例放大、缩小的功能,大大地满足了用户的不同要求。特别是近年来推出的彩色复印机,能复印出色彩绚丽逼真的彩色画面,更是令人惊叹不已。

复印机的问世,推进了实现办公现代化的步伐,并节约了大量的人力和时间。过去,从起草一份文件到打印成多份副本,需要许多天才能完成,而且大量单调重复的劳动容易出错。有了复印机,则在几个小时内就可完成,而且成本低、质量好,深受商业、教育、科研、管理、金融等业的欢迎。正因为复印机有这样多的优点,它的应用范围还在不断地扩大。例如,可以用作胶印机的制板机与计算机联用,经计算机加工过的资料可高速度、高质量地得到复制;也可以作为计算机的终端输出设备等。更有诱惑力的是把复印机和远距离通讯设备,如电话、微波传输机等相联就能实现远距离数据资料传送,其速度远超过航空信件和电报,使我们生活的世界一下变得狭小了,而且让更多的“经理”、“职员”在家里也能办公。这是多么巨大的变化啊!

暖气片和空调机安装的位置

夏天,住在装有空调设备的房间里,无论外面多么炎热,屋里凉风习习,使人感到很舒适;冬天,住在装有暖气设备的房里,哪怕外面是冰天雪地,北风呼啸,屋里却是一派春天的景象,鲜花照样开放,人们也感到温暖如春,这些都要归功于空调和暖气。有了它们,使人们的生活更加舒服,但只要稍加注意便可以发现,无论哪个房间,暖气设备一定是安装在窗户的下方,而空调机一定是安装在窗户的上方,没有反过来安装的。这是为什么呢?是为了美观,还是另有原因呢?

我们知道,空气是不善于传热的,它是热的不良导体。那么,暖气片是如何把房间里的空气烘暖的?空调机又是如何把房间里的空气变凉的呢?

空气是可以流动的。由于气体热胀冷缩,因此室内空气在高温时比低温时的密度小。比较热(亦即比较稀疏)的气体浮上来,与此同时,比较冷(亦即比较稠密)的气体沉下去。靠近暖气片的空气先受热膨胀,体积变大,密度变小,相比之下,离暖气片稍远一些的空气密度大一些,轻的热空气就向上升,重的冷空气就向下降,这样冷空气不断地被加热变为热空气上升,热空气上升后慢慢又变成冷空气下降,在热暖气片的上方,有一股连续不断地上升的暖空气流,冷热空气就这样不断地循环流动,使房间里的空气形成对流。在对流过程中,整个房间里的空气都慢慢地热起来,室内也就变暖和了。

同样的道理,空调机周围的热空气遇冷先下降,下面的热空气上升后又被变为冷空气下降,室内的冷热空气不断地循环流动,室内就变得凉爽了。由于热空气只有不断地上升,而冷空气也只有不断地下降,才能使室内的空气形成对流,因此,这就要求暖气设备要安装在窗户的下方,空调设备要安装在窗户的上方,只有选好合适的位置安装暖气和空调,才能使室温均衡,人们才能感到冬暖夏凉。如果把两者的位置对调一下,那么房间里加热或致冷的效果会差多了。

生活中利用对流的方式来传递热量的现象随处可见。粮食仓库都装有天窗和地窗,这样做的目的是使仓库内的热空气上升后从天窗排出去,外面的冷空气从地窗进来,这种冷热空气的对流,周而复始地循环不息,所以仓库内能保持衡温,以免粮食受热生虫或发霉变质。

我们家中所用的电冰箱也是应用对流的一个好例子。与冰箱的冷却管相接触的空气,因温度下降而收缩,这部分较冷和较稠密的空气沉下去,并为较热和较轻的空气所替换。冷却管是配置在靠近冰箱的顶部。如果把冷却管装置在靠近电冰箱的底部,读者可以想一想会发生怎样的情况呢?

如果大气中有烟尘的微粒,那么我们便可通过这些小尘埃看到空气的流动情况。在营火中或靠近烤肉架的地方,空气流的流线可以通过升起的烟尘来观察到。最后空气冷却下来以后,你还可以看到,升起来的烟尘又落回到地面上来。

除气体外,液体也具有可流动性,因此液体也会发生对流。烧开水就是利用了水的对流。尽管水是热的不良导体,但是只要在水壶的下方加热,就可以使水上下循环流动,形成对流,逐渐使冷水变为热水直至变为沸水。

“赴汤蹈火”之谜

成语“火中取栗”源于这样一个传说:狡猾的狐狸,骗猴子为它取出火中的栗子。结果猴子不但没有取出栗子,反而把脚上的毛烧掉了。这则故事也说明,人们都认为:直接用手从火中取出东西是一件不可能的事。

然而,发生在人们生活中的某些现象,却要比“火中取栗”惊险得多。有消息报导,早些时候,在国外狂欢节的余兴节目中,有些大胆的表演者当场将一个潮湿的手指伸进熔化了的铅液中,尽管他以极快的速度将手从熔铅中缩回,但是也使得周围的观众心惊肉跳,目瞪口呆。更有甚者,一些大胆的表演者,竟然赤着脚在一大堆烧红的木炭上,或者在凝固了的高温熔岩上行走。据说在一本《基尼斯丛书:世界纪录》上,描述了有人在650℃燃烧着的一长堆木炭上步行了约75米的事迹。当你听到这种传说时,一定会感到惊奇,并且认定这样的游戏是在“变魔术”,表演者的脚底上可能事先已经抹上了一种高级的绝热防护剂吧!

实际上这是一种物理现象,可以这样解释:当一个潮湿的手指迅速插入高温熔液中时,手指头上的水突然受热汽化,在手指周围形成一个很薄的蒸气层。气体是热的不良导体,在一段短暂的时间内,它可以起到绝热防护作用。不过,潮湿的手指头伸进熔化的铅液后,得赶快缩回来,因为时间一长,蒸气层消失,防护作用失效,后果就不堪设想了。同学们不要去做这种冒险的尝试。

关于“蹈火”的表演,最关键的是表演者脚底上要有足够的汗水。当脚底上的某些部位与炭火接触时,由于汗水的迅速汽化,脚底和木炭之间形成的蒸气膜起到了瞬时保护作用,步与步之间流出的汗水又补充了部分水分。如果脚底上沾满了厚厚的煤炭或者长着硬茧,也许还能多走上几步。如果跑步,反而会使双脚踩进炭火而使保护层失效。

热传递是通过传导、对流和辐射3种途径进行的。上述两种惊险的表演主要是利用了气体是热的不良导体的这一特性,免除了人体被烫伤的危险。热传递的特性已广泛地应用于生产实践中,保温瓶就是一个突出的例子。在生产中,有时为了让工人能够在温度较高的环境之下,连续工作比较长的时间,安全地维修机器设备,特制了一套厚厚的石棉衣服,再在外面喷涂一层光亮的铝膜。工人穿了这种衣服就能在高温环境下工作一段较长的时间,“火中取栗”也是可能的事了。

三种热传递方式

一般情况下,势量的传递方式有3种:传导、对流和辐射。

让我们先看看热传导。

热传导在日常生活中经常用到:炒菜做饭的时候,火焰的热是用热传导方式传给锅的;温度计测量温度时也用热传导,即温度计的玻璃泡的表面跟被测量的物体接触后,把待测物体的热传导到玻璃泡内部,使里面液柱的高度发生变化,显示温度值。

但是,不同的物体传导热的效果不同。科学家通过大量的实验和研究发现,固体中的金属是热的良导体,其中银和铜的热传导本领最强;其他的固体大都性能较差,如石头、陶瓷、玻璃、木头、皮革、棉花等。

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