水的沸点是多少度 手机贴着玻璃拍外景为何成像清晰？凸透镜成像原理揭秘

QEDQ2 为什么当我把手机贴在玻璃上拍摄外面的风景时，即使玻璃上有很多细小的划痕和灰尘，图像仍然很清晰？玻璃上的瑕疵不会被放大吗？ by 苦答:

因为当手机在户外贴着玻璃拍照时，玻璃上的缺陷已经远离图像的焦平面，因此无法清晰地成像。

你可以做个小实验，举起一根手指，不断把它靠近眼睛，当它离眼睛很近的时候，你只能看到一团模糊的东西，看不清上面的指纹。

无论是手机还是眼镜，都是利用凸透镜成像的原理。它的成像方式决定了接收端只有当物距、像距、焦距满足一定的关系时，才能接收到清晰的图像。这里所谓的“清晰”，是指物体发出的光线经过透镜，在成像面上汇聚成一个很小的漫射圆（如下图右侧所示）。推回到左侧时，要求物体落在景深范围内，否则就看不清楚。调整透镜的位置，使物体落在景深范围内，形成清晰的图像的过程，就叫调焦。

直观的感觉是，如果你把注意力集中在附近的水晶球上，你就会得到

如果你将它指向远处的建筑物，附近的水晶球就会变得模糊。

这个对焦能力有限，当物体距离镜头很近的时候，就会超出可调景深范围，所以拍出来的照片会不太清晰。现在有些手机有微距镜头，可以将对焦距离缩短到2cm以内。如果读者想近距离拍摄清晰的窗户上的瑕疵，不妨试试这个镜头。

来自 Muyu

QEDQ3防风打火机的原理是什么？

作者：Oh Yo

回答：

我们先来分析一下打火机为什么会熄火。我们知道，燃烧有三个要素，即可燃物、助燃剂（这里指氧气）、达到着火温度。当按下打火机的按钮时，气体喷出并与氧气混合，同时压电陶瓷点火器释放电火花，使气体达到着火温度从而被点燃。因为气体燃烧产生的温度高于气体的着火温度，所以气体即使没有着火也能继续燃烧。打火机熄火是因为风把温度降到了气体的着火温度以下。燃烧的三个要素中缺少一个，所以不能继续燃烧。

所以防风打火机最主要的作用就是维持点火温度以上，这主要是通过防风打火机的特殊结构来实现的，也就是下面这个小部件，我们从下往上来分析一下。

防风打火机零部件结构

这个部件的底部是金属网，如下图所示。它有两个作用：一是使燃气高速喷出（想象你用手堵住水龙头，被喷到脸上），二是将燃气分散，使燃气和空气充分混合。

底部有金属网

金属网上方部分的侧面有两个孔，其实是进气孔。根据伯努利原理，当燃气高速喷出时，会“吸”住周围的空气。空气从这两个进气孔吸入，与喷出的燃气充分混合，使燃烧更加充分。

该部件的上方为燃烧室，与普通打火机的火焰露在外面不同，防风打火机的火焰有一部分是在燃烧室内，增强了防风能力。

燃烧室和金属板

最后，燃烧室的顶部还有几片金属片，在燃烧过程中，这些金属片会被烧得通红，如果火​​焰被风吹灭了，这些烧红的金属片又能提供高温，让火焰再次被点燃。

参考：

防风打火机为什么能防风？压电陶瓷点火器的工作原理是什么？拆解内部结构

作者：

QEDQ4为什么冬天被子里的温度不会变热？被子里的温度一直都在一个合适的范围内？匿名回答：

一个非常有趣的问题。

当环境湿度在40%~70%之间时，人体最舒适的温度在18℃~25℃[1]之间，这个温度低于正常体温。盖被子时，被子越厚，保温效果越好。另外，人体在不断产生热量，一部分热量通过被子散发到空气中，另一部分热量则使被子内部温度升高。如果被子中留存的热量足够多，被子温度就会超过人体适宜温度的上限，人就会感觉到热。从这些分析可以看出，如果睡眠时间足够长，又把自己裹在被子里很严实的话，被子的厚度是决定被子温度的关键。

我们来试着建立一个稍微精确一点的模型。我们假设人晚上裸睡，将人体抽象成一个半径为25cm、温度恒定的无限长圆柱体。假设人体是绝对黑体，根据斯特藩-玻尔兹曼定律可以得到人体单位面积的产热功率。假设被子是一个厚度为d、导热系数与棉花相同的圆柱体，质量恒压热容量与棉花相同。同样取棉花的密度。环境温度（17℃左右）与北方冬季城市供暖标准基本一致。这样，问题就简化为一个有内径和外径的圆柱体的传热问题，满足方程组：内壁处为傅氏导热定律，外壁处为牛顿冷却定律。 取空​​气对流传热系数（在1至10的数量级），q为外壁面单位面积传热功率。此外，系统满足初始条件和稳态边界条件[2]。

模型示意图

经过复杂的计算，我们可以定性地得到结果：被子厚度d越大，达到相对稳定状态时被子内表面温度越高，且达到稳定状态所需的时间越长，当被子无限厚时，内表面傅氏热传导定律要求略小于37℃，当被子厚度为0时，稳定状态内表面温度为人体适宜的30摄氏度时，对应每晚睡眠时间明显少于8小时。

所以，如果你的被子越来越热，请向亲爱的妈妈求助，换一床薄一点的被子。如果你妈妈嫌你冷，拒绝你的要求，你也可以在半夜热醒的时候翻身掀/踢掉被子。如果你真的睡得太沉，无法翻身掀被子，那么请精准求解上述模型，代入你的被子厚度。根据求解出来的被子升温曲线，确定你的睡眠时间，保证你醒来时被子温度达到适合睡眠的温度上限，然后醒来后告诉我结果。如果这还是不能满足你的睡眠需求，请用微积分的思想，将被子微分为几层睡衣，每晚多穿一层睡衣，不断实验，一年之内，你一定会找到合适的睡衣层数。

最后，睡个好觉。

参考：

[1] 中国气象报，2017年12月15日，第4版

[2]陶文铨.传热学（第五版）[M].高等教育出版社，2019。

作者： Chi

QEDQ5为什么现在的新能源电池，包括磷酸铁锂电池、三元材料电池，都含有锂？是不是可以认为锂是电池的必需品？ by 吉水三千 回答：

我先回答第二个问题，锂在电池中并不是必不可少，很多电池中都不含有锂，比如锌锰干电池、锌氧化银电池、铅酸电池、镍氢电池等。目前新能源电池全部采用锂水的沸点是多少度，其实这是由新能源本身的应用场景决定的。新能源领域主要指新能源汽车，那么我们来思考一下新能源汽车对电池有哪些要求。新能源汽车需要背着电池一起跑，这就要求电池体积小（电池太大就容不下很多乘客）、重量轻（电池太重车子跑不了多远）、能储存尽可能多的电能（电池储存的电能越多车子就能跑得越远）、循环寿命长（车子报废时电池才会报废）。目前能满足这些要求的只有锂离子电池，也就是磷酸铁锂电池和三元材料电池。

首先，在所有商用电池中，锂离子电池的能量密度（单位体积储存的电能）和比能量（单位质量储存的电能）是最高的。其次，锂离子电池的循环寿命长，现在优秀的三元材料电池循环寿命可以达到3000次以上，磷酸铁锂电池可以达到上万次，如果每天充电一次，分别可以使用8年和27年。至于为什么锂离子电池能量密度和比能量高，这是因为：1、金属锂的电极电位最低，而它和负极上的石墨形成的锂碳化合物的电极电位也很低，这就使得锂离子电池的电压很高，磷酸铁锂电池高达3.2V，三元材料电池高达3.6V，远高于锌锰干电池的1.5V和铅酸电池的2V； 2、磷酸铁锂、三元材料的容量非常高，也就是可以储存大量的锂离子；3、锂是密度最小的金属。这三个因素结合起来，就使得锂离子电池拥有极高的能量密度和比能量。

作者：

QEDQ6 为什么热水袋（不是电热水袋）里的水倒出来放到水壶里煮很容易沸腾？匿名回答：

热水袋里通常装的是煮沸过的热水。沸水冷却后，再次加热到沸点后，内部会缺少汽化核（可以认为水沸腾后变得更“均匀”、更“纯净”）。此时，即使温度再次达到沸点，缺少汽化核的水也难以汽化，只能在温度继续上升的同时，保持液态的形态，形成“过热水”。这种过热水处于一种不稳定的平衡状态。一旦外界扰动（或者单纯由于自身的热波动）在某一局部区域满足汽化条件，产生气泡，那么这种剧烈的汽化就会瞬间在这个局部区域周围相当大的范围内发生，这就叫做剧烈沸腾。 为了避免剧烈沸腾，可以在重新烧水时加入一定量的未煮沸的冷水，或放入一些表面粗糙的物体，如竹筷子或沸石等，它们可以在原来冷的开水中引入新的汽化核。

为什么汽化过程中汽化核如此重要呢？从能量角度看，汽化并不只是液体达到沸点，液体分子的动能足够大，可以逸出那么简单。汽化还带来了新的液气界面。这种界面的形成需要额外的能量，相当于一道“墙”，使液体不能轻易“穿墙”变成气体。汽化核的存在可以降低这种能量，使“墙”变成“纸”，从而大大降低汽化的难度。汽化核可以是粗糙表面上的微凸起，也可以是附着在表面上的气泡。其实，水的液化也需要类似的凝结核。秋冬季清晨草尖上的露珠就是以草尖为凝结核液化的，人工降雨也是为具有足够湿度的云人工提供凝结核的。

作者： Chi

QEDQ7为什么氮气只压缩体积却不能液化，而需要降低温度？答案：

图片来自维基百科

不仅氮气，二氧化碳、氢气、氦气等也需要降温（相对于室温）后才能加压液化。这是因为这些气体的临界温度低于室温。一些常见的可以直接压缩成液体的气体，相应的临界温度也高于室温。例如水的临界压力为22.12MPa，临界温度为374.3℃。

临界点的计算公式为：

从相图上我们可以看出，临界点是由临界温度和临界压力决定的。当临界温度和临界压力较高时，单纯的压力变化或温度变化无法实现气液相变。当临界温度较高时，无论压力如何提高，气体都无法转化为液体，而是变成超临界流体。

经过

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