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第17章 生活中的高新技术(2)

这主要是组成望远镜的两块透镜帮了我们的忙。望远镜的前面有一块直径大、焦距长的凸透镜,名叫物镜;后面是一块直径小、焦距短的透镜,叫目镜。物镜把来自远处景物的光线,在它的后面汇聚成倒立并且缩小了的实像,相当于把远处景物一下子移近到成像的地方。而这景物的倒像又恰好落在目镜的前焦点处,这样对着目镜望去,就好像拿放大镜看东西一样,可以看到一个放大了许多倍的虚像。这样,很远很远的景物,在望远镜里看来就仿佛近在眼前一样。

其他结构的望远镜

根据光学原理,可将其归纳为两大类:折射式望远镜,常见的有棱镜双筒望远镜,因它镜筒短、视野大、携带方便,常用于军事和野外考察;反射式望远镜是由凹面镜作物镜,凸透镜做目镜,主要用于天文台观察天体。目前,最大的反射镜口径已达6米,整个望远镜竟有十几层楼房那么高。它所“捕捉”的光,比自然进入人眼的光要强大1000万倍;用它观察天体,距离可达100亿光年之外,可以看见的星星数目有几十亿颗之多!

通电时才有磁性的电磁铁

需要通电的电磁铁

同学们可能都会好奇,在钢铁厂中,有些吊车并没有吊钩,只有一个大铁块,它却能把成吨的钢铁轻松地吸起来,搬到很远的地方去。机械厂中有些磨床的工作台上没有夹具,而被加工的工件却可以很牢地被吸在上面,进行加工。那么,吊车上的大铁块和磨床上的工作台到底是什么东西,竟有这么大的本领呢?

原来,这两个东西都是电磁铁。也就是在铁上绕有很多线圈(通常叫做激磁线圈),通上电,这块铁就变成电磁铁了。当它不通电时,就没有磁性,仍是一块普通的铁。

那么,电流为什么有这么大的本领,可以使铁变为磁铁呢?断电后,为什么它又会失去磁性呢?

电磁铁的原理

原来,普通铁的分子和其他物质一样,由原子组成,原子是由原子核和绕核旋转的电子组成。电子除绕原子核运动外,它还绕自身的轴线旋转,叫做自旋,原子内电子的这些运动,形成所谓环形分子电流。这些分子电流各自产生磁场,所以物质微粒都形成一个个小磁体,这些小磁体也有南极和北极。

在不通电时,这些分子电流的取向是混乱的,各自产生的磁场,彼此互相抵消,从外面来看整个铁就显示不出磁性来。当激磁线圈通入电流以后,出于该电流所产生的磁场作用,各个物质微粒里的分子电流的取向比较一致,各个分子电流所产生的磁场方向,转向激发线圈里电流所产生的磁场方向,这块铁就神奇的变为电磁铁了,而且具备了吸引铁物质的本领。

可是当电流一断的时候,铁里的分子电流的取向,又会恢复到混乱状态,这块铁就又失去了磁性。

被称为“黑色金子”的石油

石油的来历

化学中有一门“有机化学”。它本来是专门研究植物体内的化合物,但这句话早就过时了。因为人们发现有机化合物里全都含有碳,并且大多数含有氢,所以有机化合物是碳和氢的化合物,在化学上又简称为烃。很多有机物除了含有碳、氢以外,还含有氧、氮、硫等其他元素,不过这些都只是碳氢化合物的“变种”——衍生物罢了。

人们又发现有机物分子里的碳原子是相互联接在一起的。最简单的分子只有一个碳原子,复杂的可以有成千上万个碳原子。它们排成的队形,简直像大型团体操那样千变万化,因此有机化合物的种类实际上是无穷无尽的。

人们在逐步摸清底细的过程中,不但用人工方法造出了有机物,更造出了许多生物体内从来没有过的有机物,其中很多是十分重要的工业品。例如,合成染料和药品,早就大量生产了。从那时起,人类才真正有了“有机化学工业”。

自从有了有机化学工业以后,人们就千方百计地替它找寻合适的原料。首先找到了煤,后来才找到了石油。

石油也是碳氢化合物,所以把它作为有机化学工业的原料,可以说再合适不过了。

无处不在的石油

石油是一种褐色或黑色的可燃性矿物油。它被人们誉为“黑色的金子”,也有人称它是“工业的血液”。

早在汉朝的时候,我国人民就已经知道用石油来烧饭点灯了。人们用钻井的办法,把石油从地底下取出来送进炼油厂,把其中的一部分提炼成为煤油,用来点灯、烧炉子都很方便,这样石油就一下子出名啦。后来,人们把石油里面比煤油轻的部分,提炼成汽油,给汽车、飞机的发动机做燃料;又把比煤油重的部分炼成柴油,给拖拉机的发动机做燃料。这些发动机叫做“内燃机”,它们的用处还有很多。大的可以装在轮船、军舰和火车头上,小的可以用来抽水、打谷,还有更小的可以装在模型飞机上……

石油能源

石油主要被用作燃油和汽油。燃料油和汽油已经组成了目前世界上最重要的能源之一。石油也是许多化学工业产品如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。今天88%开采的石油被用作燃料,其它的12%则被作为化工业的原料。

石油的利用

从寻找石油到利用石油,大致要经过四个主要环节,即寻找、开采、输送和加工,这四个环节一般又分别称为“石油勘探”、“油田开发”、“油气集输”和“石油炼制”。

“石油勘探”有许多方法,但地下是否有油,最终要靠钻井来证实。一个国家在钻井技术上的进步程度,往往反映了这个国家石油工业的发展状况。因此,有的国家竞相宣布本国钻出了世界上第一口油井,以表示他们在石油工业发展上迈出了最早的一步。

“油田开发”指的是用钻井的办法证实了油气的分布范围,并且油井可以投入生产而形成一定生产规模。

“油气集输”技术也随着油气的开发应运而生,随着科技的发展,天然气的应用已经从井的附近延伸到远距离的盐灶,这不但推动了气田的开发,而且大大提高了天然气的年产量。

“石油炼制”顾名思义也就是将开采出的原油炼制成我们需要的产品了。在随着油价飞涨的今天,生产油的技术也就越来越重要了。这些技术中最重要的是从焦油砂和油母页岩提取石油。虽然地球上已知有不少这些矿物,但是要廉价地并且尽量在不破坏环境的情况下从这些矿物中提取石油依然是一个艰巨的挑战。现在,另一个提取石油的技术就是将天然气或者煤转化为油。

有弹性的橡胶

橡胶的发源地

橡胶,在现代生活中,有很多的用处,防水防滑的胶靴,柔软轻便的运动鞋,电冰箱的密封垫,汽车的轮胎等,都是橡胶做的,它与我们的生活密切相关。

橡胶的故乡在南美洲,那儿生长着一种橡胶树,割破树皮会流出白色的胶乳,一滴一滴流淌下来。当地的印第安人把这种胶乳叫做“树的眼泪”。他们将胶乳凝结后做成圆球,一边唱着歌,一边围着圆圈跳舞,把球传来传去,球儿落地,还能高高地弹起,这是他们日常生活中最快活的游戏。

直到15世纪末,著名航海家哥伦布航行到达美洲时,看到当地人在玩一种橡胶球的游戏。哥伦布感到很好奇,就将这种橡胶球带回了欧洲。

1735年,法国科学家康达明参加考察队,在南美洲住了8年。在当地,他看到印第安人把一种树的树皮切开,在切口处流出大量的白色乳汁,人们把它涂在织物上面,很快便变成黑色的固体物质,这种固体物质可以防水,当地人把它制成防水布、防水鞋和防水容器。

到了1763年,英国化学家黑立桑和马凯尔用松节油和乙醚的混合液溶解已凝固的胶乳,得到一种粘稠的浆液,把这种浆液涂在布上,制得了质量更高的防水布。

1820年,苏格兰化学家查尔斯·麦金托什发现,用石脑油溶解胶乳既有效又便宜。于是,他把溶解在石脑油中的胶乳涂在两块布之间,便制成了夹布雨衣。

遗憾的是,这样制作出来的橡胶制品有一个不足的地方,那就是遇冷变软,容易发粘;遇热变硬,弹性变差;而且,有一股难闻的气味。

橡胶的化学原理

为了弄清楚天然橡胶的秘密,100多年前化学家们就开始研究橡胶的成分。他们把橡胶放在瓶子里,隔绝空气加热,这种办法叫做干馏。干馏的结果,得到了一种液体。研究这种液体,知道它的每一分子里含有5个碳原子和8个氢原子,化学上称为“异戊二烯”。

人们想:能不能用简单的异戊二烯分子来制造复杂的橡胶呢?这个问题到了1879年才得到解决,当时的法国化学家布萨尔德成功的制得了异戊二烯。

这在当时可算是一个重大的发现。可以打个比方说,如果说橡胶是一座房,那么人们已找到了建成这座房子的砖头——异戊二烯。

橡胶的性质

弹性是橡胶的宝贵性格,任何物质都比不上它这样能屈能伸,可刚可柔。人们现在已经利用橡胶的这种弹性发明了很多生活中会用到的物品,比如说足球就是其中之一。可是橡胶为什么能够具有这样的弹性呢?让我们一起来了解一下。

橡胶是一种高分子化合物。一般化合物的分子所含的原子数只是几个、几十个或几百个。高分子化合物一个分子中所含的原子数,却达到几万、几十万或几百万甚至更多。橡胶是由许许多多结构相同的分子小单位连接而成的。由于分子是在运动着的,运动中的分子总是你挤我,我挤你,互相挤来挤去。因此,形成橡胶的高分子链不可能是直线状态,而必然是蜷曲着的,而且许多分子会互相纠缠在一起,好像是一团不规则的绒线团。

天然橡胶的改变

美国工程师古德意改变了天然橡胶的命运。在1839年的一天,他发现,把橡胶、松节油、硫磺放在坩埚内烧煮,屋内顿时弥漫着一股难闻的臭气。古德意被呛得咳嗽不止,他赶紧拿起坩埚,将坩埚内的物体扔进了垃圾堆,离开了房间。但是,当他再次进入房间时,他发现有一块橡胶,手感很好,拉一拉,弹性也不错,摸一摸,也不粘。他意识到,这可能就是他梦寐以求的东西。

为了能够获得更好的橡胶,他又进行了许多的实验,找到了这种橡胶硫化的最佳配比、最佳加热温度和最佳反应时间。1844年,硫化橡胶终于诞生了。

聚四氟乙烯——塑料王

聚四氟乙烯的特性

聚四氟乙烯是一种新颖的塑料。在第二次世界大战期间已被发现,但其正式生产却只是近20年的事。

聚四氟乙烯具有许多塑料所不具有的优良性质。比如,在液态空气中不会变脆;在沸水中不会变软;从超低温和超高温的环境下都可以应用等。

聚四氟乙烯又非常耐腐蚀,不论是强酸浓碱,如硫酸、盐酸、硝酸、王水、烧碱,还是强氧化剂,如重铬酸钾、高锰酸钾,都不能动它半根毫毛。也就是说,它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢以至金子、铂,因为玻璃、陶瓷怕碱,不锈钢、金子、铂在王水中也会被溶解。然而,聚四氟乙烯在沸腾的王水中煮几十小时,依然如旧。

据试验,只有熔融的碱金属、三氟化氯与元素氟这三种具有强腐蚀性的化学药品,才能在高温下侵蚀聚四氟乙烯。聚四氟乙烯在水中不会被浸湿,也不会膨胀,把它放在水中浸泡一年,重量也不会增加。

至今,人们还没发现有任何一种溶剂,能够在高温下使聚四氟乙烯塑料膨胀。此外,聚四氟乙烯的介电性能也很好,它的介电性能既与频率无关,也不随温度而改变。

聚四氟乙烯的作用

正因为聚四氟乙烯同时具有这么许多难能可贵的特性,使它受到人们特别的重视。它在冷冻工业、化学工业、电器工业、食品工业、医药工业上得到了广泛的应用。

人们已经开始用聚四氟乙烯来制造低温设备,用来生产、贮藏液态空气;在化工厂里,聚四氟乙烯更是极受欢迎,用它制造耐腐蚀的反应罐、蓄电池壳、管子、过滤柢;在电器工业上,在金属裸线外包上15微米厚的聚四氟乙烯,就能很好地使电线彼此绝缘。

另外,也可以用它制造雷达,高频通信器材,短波器材等。

除此之外,聚四氟乙烯还能用作卫生要求高度严格的食品、饮料等加工生产部门。

烧不着的纸

俗话说:“纸包不住火”,是用来比喻真相不容掩盖。而从另一方面也说明了纸是一种很容易燃烧的东西,一旦遇上火,就会很快化为灰烬。

但是有一种防火纸,性能很奇特,我们把它放在火上烤,也不会燃烧,只是慢慢焦化。还有一种耐火纸板,把它盖在熊熊燃烧着的火炉上,用手去摸纸面,不会烫手;如果在它上面搁一壶水,烧半天水也不开。这种既能耐火,又能隔热,还可以阻燃的纸,叫耐火纸或隔热纸板。

那么,这种纸和纸板与普通纸有什么不同呢?

无机纤维制成的防火纸

普通纸是用木材或植物纤维为原料制成的,这些天然纤维都是有机物,很容易燃烧。而耐火纸是用石棉或玻璃纤维等无机物制成的,玻璃纤维主要成分是二氧化硅,不会燃烧。隔热纸板是用硅酸铝和氧化锫纤维制造的,这些纤维熔点很高,火也烧不着它。

随着现代航天技术的发展,人们已经把这种耐火纸用到火箭、人造卫星和宇宙飞船上,作为多层隔热系统中隔绝热源和防止起燃的材料。

使用阻燃剂制造防火纸

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