磁吸充電那么方便，為啥就是快不起來？ | No.509

磁吸充電不用插線，

真是懶人福音！

但為什么有線快充都飆到幾百瓦了，

磁吸的功率卻死活上不去？

問答導(dǎo)航
Q1 糖化硝酸鉀為何會(huì)燃燒劇烈？
Q2 金屬為什么會(huì)有特殊氣味？
Q3 磁吸充電原理是什么？
Q4 兩孔插頭為何可以正反插？
Q5 吹開熱湯油膜為何冒蒸汽？
Q6 久置的密封酒精還能用嗎？
Q7 墻角為何會(huì)形成絲狀網(wǎng)？
Q8 蚊子為何不會(huì)被雨滴砸死？

Q1 為何糖化硝酸鉀點(diǎn)燃后燃燒那么劇烈？硝酸鉀和蔗糖的反應(yīng)方程式是什么？

by H-Meiki

答：

硝酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑，糖（這里默認(rèn)為蔗糖）是一種還原劑，兩者混合后點(diǎn)燃后自然會(huì)發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生劇烈的火光并釋放大量氣體。

至于反應(yīng)方程式，可以類比黑火藥的化學(xué)反應(yīng) 。糖在燃燒過程中生成二氧化碳和水，硝酸鉀被還原生成一種新鹽和氮?dú)狻Ｋ匀舴磻?yīng)條件充分，可能發(fā)生的反應(yīng)為 。

by Eric

Q.E.D.
Q2 金屬無味，為什么聞起來一股特別的味道？

by 夷

答：

金屬的確是沒有味道的，你聞到的"金屬味"其實(shí)不是金屬本身的味道，而是你皮膚上的物質(zhì)與特殊金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣味。金屬本身在常溫下幾乎不會(huì)揮發(fā)，因此沒有氣味。當(dāng)你觸摸鐵金屬時(shí)，例如最常見的鐵，皮膚分泌的汗液和皮脂與金屬表面接觸，發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：汗液中的水分和電解質(zhì)使金屬表面的鐵原子失去電子，變成二價(jià)鐵離子（Fe2?），并催化皮膚上的脂質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成其他物質(zhì)，其中最主要的是“1-辛烯-3-酮”，這種物質(zhì)散發(fā)出我們熟悉的"金屬味"。Dietmar Glindemann 教授團(tuán)隊(duì)在 2006 年的研究中發(fā)現(xiàn)，志愿者直接嗅聞未經(jīng)觸摸的鐵塊幾乎聞不到味道，但手接觸金屬后幾秒鐘就能聞到[1]。

有趣的是血液中的血紅蛋白也含有 Fe2?離子，接觸皮膚時(shí)同樣能催化產(chǎn)生 1-辛烯-3-酮，所以血腥味和金屬味很相似。人類對這種氣味敏感，可能源于祖先需要追蹤受傷獵物或同伴的需要。另外，每個(gè)人的皮脂成分不同，所以聞到的"金屬味"也可能有所不同。

除了鐵，其他金屬與皮膚接觸也可能產(chǎn)生氣味，下面是常見金屬結(jié)果。

總的來說，金屬“氣味”的本質(zhì)是金屬離子與皮膚生物化學(xué)的互動(dòng)結(jié)果。鐵和銅因能提供活性離子并生成強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物而氣味明顯，并且這兩類的金屬制品日常接觸最多；鋁，銀等因表面鈍化或化學(xué)惰性而基本無味。

參考文獻(xiàn)：

1. Glindemann D, Dietrich A, Staerk H J, et al. The two odors of iron when touched or pickled:(skin) carbonyl compounds and organophosphines[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2006, 45(42): 7006-7009.

2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/644789546

by 小被子

Q.E.D.
Q3 磁吸充電是什么原理，既然那么便利為何不加大它充電時(shí)的功率呢？

by 學(xué)生 A

答：

目前最主流的磁吸式無線充電，本質(zhì)上是磁力吸附和電磁感應(yīng)兩部分組成。磁鐵的作用不是為了導(dǎo)電而是輔助對準(zhǔn)，因?yàn)槿绻謾C(jī)放偏了就會(huì)效率低、發(fā)熱大甚至充不上。充電器和手機(jī)內(nèi)部都嵌入了環(huán)形陣列磁鐵，一般是釹鐵硼永磁體，這樣即便你放偏了也會(huì)依靠磁力啪的吸附到最佳充電位置。這個(gè)就跟現(xiàn)在手機(jī)殼磁吸支架一樣，不得不說磁吸支架太雞肋了，一甩就掉，以為磁力多大，還不多粘上去，不然我的手機(jī)就不會(huì)摔了。

一旦位置對準(zhǔn)，就通過電磁感應(yīng)來輸電。充電器里的發(fā)射線圈通入交流電，產(chǎn)生變化的磁場。手機(jī)里的接收線圈感應(yīng)到這個(gè)磁場，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，給電池充電。即便隔著手機(jī)殼也沒關(guān)系，因?yàn)?strong>磁吸的環(huán)形磁鐵根本不參與導(dǎo)電，他就是個(gè)固定槽。

為什么不能加大充電功率？因?yàn)樗媾R著高功率、低溫升和高便攜性的不可能三角限制。正所謂魚和熊掌不可兼得，磁吸無線充電本質(zhì)是電磁感應(yīng)。電流通過線圈產(chǎn)生磁場，再由磁場轉(zhuǎn)化為電流，這個(gè)過程天然存在能量損耗。功率越大，這些能量一部分轉(zhuǎn)化為熱量就會(huì)使手機(jī)升溫，到時(shí)候手機(jī)變成暖手爐，還會(huì)觸發(fā)高溫提示停止充電。

想要提高無線充電的功率，就需要更高品質(zhì)的線圈、通過認(rèn)證的專業(yè)芯片，這些都會(huì)導(dǎo)致成本上升，價(jià)格升高，而且高功率還需要好的散熱元件，加個(gè)散熱銅片、散熱風(fēng)扇，到時(shí)候磁吸充電包跟個(gè)小磚頭一樣重，拿著多沉啊。還有長期在高溫下工作，電池會(huì)加速老化，實(shí)驗(yàn)表明，長期在 45℃ 以上環(huán)境充電，電池容量衰減速度會(huì)提升 2 倍。所以目前高功率無線磁吸充電還難以實(shí)現(xiàn)。

除了磁吸式無線充電，還有較老的磁吸式點(diǎn)觸充電，這種就和磁吸式無線充電原理不同了，它是物理導(dǎo)電，只不過把插頭換成了磁性合金的金屬觸點(diǎn)。磁鐵能夠直接把充電線上的針狀或者片狀金屬觸點(diǎn)，吸到設(shè)備上對應(yīng)的金屬觸點(diǎn)，電流通過金屬傳導(dǎo)進(jìn)行充電。這種方式的好處是耐用、防水，且不容易插壞接口。

by 藍(lán)多多

Q.E.D.
Q4 兩孔插座的孔對應(yīng)的分別是火線和零線。那為什么兩孔電器的插頭正反都可以插進(jìn)插座？

by Leslie

答：

家庭用電插座輸出的是 220 V 交流電，電壓大小隨時(shí)間的變化滿足正弦（或余弦）的關(guān)系，呈周期性變化，所以插頭無論以什么方向插入插座，加在用電器兩端的電壓基本沒有什么不同。更何況有的用電器內(nèi)部還有直流整流電路，所以更不用擔(dān)心插頭插入方向會(huì)帶來問題。而將火線和零線進(jìn)行區(qū)分，更多是為了方便我們的日常生活，包括在電路安裝和檢修時(shí)可以快速識(shí)別，保護(hù)我們的人身安全，而非區(qū)分用電器插頭的插入的方向。

by Eric

Q.E.D.
Q5 為什么剛煮好的熱湯表面幾乎不冒熱氣，但一吹開表面那層油膜，立刻就會(huì)有大量蒸汽冒出來？

by 根號(hào)負(fù)一

答：

省流：這是因?yàn)榈兔芏?、高沸點(diǎn)的油在熱湯表面形成了一層“罩子”，阻擋了水分子的蒸發(fā)。

常見的食用油，既不和水互溶，也不會(huì)與水反應(yīng)，密度還比水低，因此會(huì)浮在煮好的湯表面，形成一層油膜。剛煮好的熱湯溫度接近 100℃（也就是常壓下水的沸點(diǎn)），其內(nèi)部水分子的動(dòng)能極大，極易發(fā)生蒸發(fā)——而食用油的煙點(diǎn)（也就是油開始分解并“冒煙”的溫度，它比食用油的沸點(diǎn)更低）一般在 200℃左右，區(qū)區(qū) 100℃“低溫”，根本無法讓食用油分解或蒸發(fā)。

這里有個(gè)關(guān)于蒸發(fā)的小知識(shí)：蒸發(fā)是只在液體表面進(jìn)行的。因此，油膜的存在讓熱湯中的水分子無法順利逸散到空氣中，阻斷了蒸發(fā)過程。而一旦失去了油膜的阻擋，大量高動(dòng)能的水分子瞬間從表面掙脫束縛，發(fā)生劇烈的蒸發(fā)，變成高溫水蒸氣逸散出來。不過，水蒸氣本身是不可見的。當(dāng)大量涌出的高溫水蒸氣遇到外界溫度較低的空氣，會(huì)在冷空氣中迅速液化，凝結(jié)成無數(shù)小液滴懸浮在空中——這才是我們?nèi)庋劭吹降摹罢羝薄?/p>

浮于表面的油膜阻礙了水分子的蒸發(fā)，俗話說“不冒氣的湯最燙人”，原因正是如此——下次看到不冒熱氣的湯，可要仔細(xì)看一看表面是否有一層油膜，免得被燙傷~

by 冰糕

Q.E.D.
Q6 長時(shí)間密封放置后的酒精還能使用嗎？

by 匿名

答：

可以繼續(xù)使用。

絕大多數(shù)的試劑都需要密封保存，但原因卻各不相同。對于酒精來說，密封保存是因其較強(qiáng)的揮發(fā)性，為防止酒精在空氣中不斷地?fù)]發(fā)從而導(dǎo)致其含量降低以致失效。所以只要密封到位就不影響其使用。

對于另一些試劑來說，比如氫氧化鈉，接觸空氣會(huì)使其吸水潮解，也需要密封保存，但多次取用、接觸空氣之后可能會(huì)變質(zhì)；金屬鈉，在空氣中易氧化且遇水劇烈反應(yīng)，所以應(yīng)用煤油浸沒。還有一些較為特殊的試劑，比如液溴，因其見光易分解，所以放在棕色瓶中避光保存；一些抗生素在室溫下易分解，其保存溫度必須較低。

總之，一種試劑如何保存以及是否會(huì)變質(zhì)首先與其自身的物理和化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，這是保存手段是否完善的最主要判據(jù)。

by 跑馬仔

Q.E.D.
Q7 為什么有些較長時(shí)間無人打理的地方墻角會(huì)形成一些由類似蜘蛛網(wǎng)的絲狀物組成的網(wǎng)？

by 匿名

答：

一般來說這種情況是本身有蜘蛛網(wǎng)在此，讓后灰塵、毛發(fā)等臟東西一點(diǎn)一點(diǎn)粘在上面導(dǎo)致的。

墻角這種空間結(jié)構(gòu)本身有利于蜘蛛結(jié)網(wǎng)，同時(shí)這種半封閉的角落也是最容易積灰的。長時(shí)間不打掃的情況下，可能就會(huì)有蜘蛛在此結(jié)網(wǎng)。而后空氣中的灰塵、日常生活中產(chǎn)生的各種臟東西就會(huì)漸漸附著在蜘蛛網(wǎng)上，從而形成這種絲網(wǎng)狀的物體。所以說及時(shí)打掃衛(wèi)生還是非常有必要的。

by Eric

Q.E.D.
Q8 為什么下雨時(shí)蚊子不會(huì)被雨滴砸死？

by 路人夷

答：

很有意思的一個(gè)問題。從邏輯上來說，雨滴的質(zhì)量遠(yuǎn)大于蚊子本身，但蚊子卻可以在被雨滴擊中后繼續(xù)飛行，其中的原因值得探索。

美國佐治亞理工學(xué)院的 David L. Hu 教授團(tuán)隊(duì)，利用高速攝像對雨中飛行的蚊子進(jìn)行拍攝，并仔細(xì)觀察了蚊子被雨滴擊中瞬間的行為。拍攝的視頻顯示，當(dāng)雨滴擊中蚊子時(shí)，蚊子先是會(huì)與雨滴融為一體一起順勢下落，然后再通過調(diào)整飛行姿勢讓雨滴從身體上滑落，而后恢復(fù)飛行。

為什么雨滴擊中蚊子時(shí)，蚊子可以和雨滴融為一體繼續(xù)保持飛行呢？最主要的原因是蚊子的質(zhì)量相比雨滴太輕了。這樣就導(dǎo)致雨滴與蚊子發(fā)生碰撞時(shí)，雨滴的動(dòng)量幾乎不改變，我們知道力的表達(dá)式可以寫成 ，這里動(dòng)量的變化量是一個(gè)小量，碰撞的時(shí)間也是一個(gè)小量，所以得到的力的數(shù)值只能一個(gè)有限的值。

除此之外，雨滴是液體不是固體，在接觸到蚊子時(shí)其自身形態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，蚊子受到的撞擊只是一個(gè)柔性的撞擊而非剛性撞擊，自然也削弱了撞擊能量。而且蚊子的身體結(jié)構(gòu)也有助于其快速調(diào)整飛行姿態(tài)，所以更是不容易被雨滴輕易擊垮。

總的來說，蚊子的生命力非常頑強(qiáng)，如果不是強(qiáng)烈的剛性撞擊，很難直接斃命，現(xiàn)在天氣轉(zhuǎn)熱，蚊子已經(jīng)開始活躍起來，大家記得隨身備好防蚊蟲的裝備。

參考文獻(xiàn)：

1. Dickerson A K, Shankles P G, Madhavan N M, et al. Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012, 109(25): 9822-9827.

by Eric

Q.E.D.

投票 本期答題團(tuán)隊(duì)

跑馬仔、藍(lán)多多、Eric、冰糕、小被子

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編輯：涼漸