看了《張朝陽的物理課》“溫度的故事” 才知道溫度為什么有下限

11月26日消息，為什么坐飛機(jī)總犯困？為什么宇宙中氫元素極多，但大氣中含量較少？11月26日12時(shí)，《張朝陽的物理課》第六期如約而至，搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼CEO張朝陽繼續(xù)坐鎮(zhèn)搜狐視頻直播間。這次他還特別準(zhǔn)備，戴了一頂帽子，稱希望打扮成19世紀(jì)數(shù)學(xué)物理學(xué)家、“熱力學(xué)之父”開爾文的樣子，和大家講述“溫度的故事”。

直播中，張朝陽回顧了前五期物理課涉及的現(xiàn)象和公式，包括牛頓定律、波動(dòng)方程、絕熱指數(shù)、單擺運(yùn)動(dòng)等，隨即科普兩個(gè)關(guān)于溫度的概念：第一，溫度決定兩個(gè)物體接觸的時(shí)候，能量的流向；第二，量度的時(shí)候，用自然界熱脹冷縮的刻度來定義溫度t。

講到“用刻度定義溫度”，根據(jù)開爾文的研究成果，張朝陽糾正了一個(gè)知識(shí)誤區(qū)：月球背對太陽的地方，溫度很低，甚至可能達(dá)到零下400℃。通過講解，他告訴大家，實(shí)際上，溫度是有下限的。物理學(xué)家確定的溫度下限就是絕對零度，即零下273.15℃。

隨后，張朝陽從“經(jīng)驗(yàn)”角度推導(dǎo)理想空氣的狀態(tài)方程，并介紹了知名化學(xué)家、物理學(xué)家的觀點(diǎn)。其中查爾斯定律描述壓強(qiáng)隨溫度作線性；蓋·呂薩定律提出，一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，它的體積跟熱力學(xué)溫度成正比；玻意耳定律認(rèn)為，在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強(qiáng)成反比；阿伏加德羅定律稱，同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數(shù)。

建立在幾位學(xué)者提出的定律基礎(chǔ)上，張朝陽寫出了理想氣體狀態(tài)方程，它是描述理想氣體在處于平衡態(tài)時(shí)，壓強(qiáng)、體積、溫度間關(guān)系的狀態(tài)方程，可用pV=NKT，或者pV=nRT表示，式中：p為壓強(qiáng)（Pa），V為氣體體積（m³），T為溫度（K），n為氣體的物質(zhì)的量（mol），R為摩爾氣體常數(shù)（也叫普適氣體恒量）。

張朝陽使用“直播白板”，推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程

從“經(jīng)驗(yàn)”導(dǎo)出公式后，張朝陽講解理論、推導(dǎo)公式。通過計(jì)算，得到和上述通過“經(jīng)驗(yàn)”推導(dǎo)的公式一樣，由此打通了“經(jīng)驗(yàn)值”和“理論值”兩條路徑?？梢缘弥?，溫度就是分子的平均動(dòng)能，溫度直接對應(yīng)于分子的平均動(dòng)能。當(dāng)壓縮氣體，就是對氣體做功，能量增加，實(shí)際上傳遞到平均的分子上的速度加快了。壓強(qiáng)升高，溫度升高，體積也減小了，這是方程想要表達(dá)的。這也是蒸汽機(jī)的原理。

學(xué)會(huì)了公式，如何應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)問題？張朝陽嘗試解決空氣密度如何隨著海拔上升而變化，以及飛機(jī)上氧含量的計(jì)算。他假定在高度0和高度h時(shí)，計(jì)算出了兩種高度的空氣密度，得出不同高度下，氧氣密度的公式。并有結(jié)論：氧氣含量隨著海拔增加呈指數(shù)衰減。海拔升高2000米左右，氧氣含量約減少四分之一。而飛機(jī)在加壓加氧的情況下，基本相當(dāng)于海拔2000米的高度，所以在飛機(jī)艙內(nèi)，氧氣含量減少四分之一。

最后，張朝陽解釋了地球大氣中氫氣含量較少的原因。首先氫氣輕，衰減慢，爬得高；其次和速度分布有關(guān)系，結(jié)合麥克斯韋速度分布，氫氣的長尾速度超過第一宇宙速度、第二宇宙速度，地球吸不住它，就“逃離”了地球。

今天的直播課相比前幾期，難度有所減弱。張朝陽建議網(wǎng)友看回放，掀起一個(gè)對于溫度概念的討論。實(shí)際上，網(wǎng)友還可通過“直播白板”復(fù)習(xí)。也有“課代表”將每堂課的筆記，發(fā)布在搜狐新聞客戶端“關(guān)注流”上，便于網(wǎng)友查漏補(bǔ)缺。

自11月5日開始，《張朝陽的物理課》已直播六期。在第一、第二課中，張朝陽科普了“力”和“速度”，并現(xiàn)場計(jì)算出馬斯克的飛船和中國空間站每日繞地飛行的圈數(shù)；第三、四課的內(nèi)容則一脈相承，和“振動(dòng)”相關(guān)，科普了可見光的基本知識(shí)，解釋了早中晚太陽顏色不一樣的原因，以及天空呈現(xiàn)藍(lán)色的秘密。第五、六課，則引發(fā)了關(guān)于音速和溫度的大討論。

《張朝陽的物理課》不僅解釋了生活中常見現(xiàn)象背后的原理，還層層深入，將知識(shí)點(diǎn)落到物理公式上。他通過第一宇宙速度、第二宇宙速度、庫倫定律、簡諧運(yùn)動(dòng)等，層層遞進(jìn)，步步演算，得出了瑞利散射、單擺、物理擺的公式。

觀察生活現(xiàn)象+解釋背后原理+推導(dǎo)演算公式，結(jié)合六期《張朝陽的物理課》可以看出，直播課程都是從日?，F(xiàn)象引入，先幫助網(wǎng)友理解現(xiàn)象，提升興趣，接著“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”，解釋物理知識(shí)，反過來解決生活中的問題。

這也印證著課堂開始的觀點(diǎn)：“物理是算出來的，玄乎其玄的科幻概念和實(shí)證有區(qū)別。”張朝陽認(rèn)為雖然物理并不輕松，但每個(gè)人不應(yīng)該覺得自己可能學(xué)不會(huì)一件事而不去學(xué)，恰恰相反，聰明在于過程，看起來枯燥的物理知識(shí)如果經(jīng)過分解后再理解，并不一定比生活中的事更困難。張朝陽鼓勵(lì)網(wǎng)友應(yīng)該打破思維的邊界，科學(xué)學(xué)習(xí)，希望每個(gè)人都能對這個(gè)世界充滿更多的好奇心與勇氣。

據(jù)了解，在未來課程中，張朝陽還會(huì)探討熱力學(xué)。通過設(shè)置一個(gè)個(gè)話題，以深入淺出的講解方式，利用物理學(xué)解釋生活現(xiàn)象，達(dá)到專業(yè)人士認(rèn)可，普通人能聽懂的效果，借此激發(fā)科學(xué)學(xué)習(xí)的熱潮。該課程將于每周周五、周日12時(shí)在搜狐視頻直播。

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