在开发和利用能源的过程中,涌现了很多有趣的故事,而这些故事中蕴含着引人深思的科学哲理和智慧。举例来说,不安窗户的楼房为什么房间内阳光明媚、生机盎然?居里夫人为何能从30多吨矿石残渣里提炼出0.1克镭?为什么人眼看不见的原子核内却蕴藏着巨大的能量?浩茫的太空为何能行驶太阳帆船?渺小的细菌为什么能发电,而且还能帮助人造石油、采石油?已40亿岁高寿的太阳为什么能继续发光放热几十亿年?为什么石油也可以从地里种出来?太阳能电站为何要安装1千米高的大烟囱?……
青少年朋友,当你打开这本《能源(开启未来能量之源)》时,在阅读和欣赏几十篇丰富多彩的能源故事中,还能从故事背后了解到许多相关的科学奥秘和趣闻。本书由崔金泰、杜波编著。
《故事中的科学》丛书为国家“十二五”重点图书出版规划项目,《能源(开启未来能量之源)》为其中的一个分册。
青少年朋友,当你打开这本《能源(开启未来能量之源)》时,在阅读和欣赏几十篇丰富多彩的能源故事中,还能从故事背后了解到许多相关的科学奥秘和趣闻。希望你能喜欢它,并从中获得智慧的启迪和科学知识。本书由崔金泰、杜波编著。
小小的原子,人们从认识它到敲开它那神秘的大门,进而到利用其巨大的能量,竟用了一个多世纪,这其中还有许多感人而有趣的故事。
为原子构建“有核”模型
英国物理学家卢瑟福在科学道路上是个勇往直前、顽强进取的人。崇仰他的人在他的实验室大门的右侧雕刻着一条鳄鱼:当年曾同卢瑟福一同工作过的人,都称他为“鳄鱼”。鳄鱼是一种从不向后看的动物,它张开吞食一切的大口扑向前方。人们用“鳄鱼”象征着卢瑟福在科学事业上执著追求的刚毅性格。
19世纪末期,原子已从古代科学家认为的不可分割到知道其内有电子存在。但卢瑟福对此并不满足。他想,既然原子内有电子,那么,电子在原子内处于何等地位,而原子内部又是怎样的情况,这些科学家们都无法解答,更不能证明是否有单个原子存在。他决心刨根问底,揭开原子世界的秘密。1899年,卢瑟福发现了镭的两种辐射:一种是不能贯穿很薄铝片,但能产生显著电效应的辐射,卢瑟福将其命名为α射线;另一种能贯穿较薄铝片,并能穿过包装纸使照相机底片感光的辐射,命名为β射线。
当时,人们对原子模型曾作过各种各样的猜测。卢瑟福的老师汤姆生提出了原子的“西瓜模型”:球形的原子内部均匀地分布着阳电荷,带阴电的电子夹杂其中。由于西瓜瓤带阳电荷,而瓤子包着的瓜子带阴电荷,所以整个“西瓜”呈中性。卢瑟福和他的学生用α射线粒子轰击原子,按照原子“西瓜模型”的特点,α粒子应很容易穿过原子,而不会发生α粒子散射现象。然而,他们做了多次实验,表明汤姆生的“西瓜模型”设想不符合事实。这是因为当卢瑟福以高能量的α粒子流轰击金属箔时,发现了一种奇妙的现象:大多数α粒子穿过金属箔后依然沿直线前进,但有少数α粒子偏离了原来的运动方向,还有个别的α粒子被弹射回来,即和原来的入射方向恰好相反。这种偏离现象称为α离子的散射。形象地说,那些少数不依原来的入射方向前进的α粒子,好比一个弹球打在一块硬石上,弹球被反弹回来或被弹到别处一样。声瑟福想:用玻璃球打玻璃球,其中之一必定会弹射到别的方向去,而用玻璃球打在小砂粒上,决不会弹射回来,因为玻璃球比砂粒大得多。同样,由于α粒子的质量要比电子大七八千倍,因而电子不可能将α粒子弹回的。这就是说,用α粒子轰击原子是不会产生散射现象的。
卢瑟福做了在各种金属薄膜下α粒子流的散射实验,计算了在不同方向上散射的粒子数。通过多次实验和反复观察、计算,一幅崭新的原子模型图出现在他的面前:原子具有很小、很重、坚硬并带正电的中心核。卢瑟福把这个核称为“原子核”。于是,卢瑟福勾绘出新型的原子模型:环绕着原子核的大量电子,是在电磁引力作用下旋转的。由于这种原子模型类似于环绕太阳运转并以万有引力维系运动的行星系,人们把卢瑟福的原子模型称为“小太阳系”。
原子具有核结构是对原子科学具有标志意义的重大发展,卢瑟福也被人们尊称为“原子核之父”。核模型的建立对原子物理学的发展起了重大作用,也为敲开原子世界的大门做出了开创性的贡献。P2-4
能源就在我们身边。它对于我们来说,犹如阳光、空气和水一样宝贵和重要,时刻离不开的。
在现代高度文明的信息时代,如果飞机、汽车没有燃油,电脑、电视机等各种机器不通入电源,发电厂没有煤和油作燃料,那么它们将成为一堆无用的钢铁废物;假若没有太阳公公给地球送来光明和温暖,田地里就不可能生长出树木、花草、粮食和蔬菜,也不会有新鲜的空气和水。人类和一切生物也就不能生存,整个地球就将变成一个黑暗、寒冷和寂静的世界。因此,能源和人类息息相关,而且是人类社会赖以存在和发展的支柱。
面对当前能源供应日益紧张的情况,世界各国都在大力开发利用太阳能、风能、地热能、生物质能、海洋能和水力能等清洁的绿色新能源,并取得了丰硕的成果。
在开发和利用能源的过程中,涌现了很多有趣的故事,而这些故事中蕴含着引人深思的科学哲理和智慧。举例来说,不安窗户的楼房为什么房间内阳光明媚、生机盎然?居里夫人为何能从30多吨矿石残渣里提炼出0.1克镭?为什么人眼看不见的原子核内却蕴藏着巨大的能量?浩茫的太空为何能行驶太阳帆船?渺小的细菌为什么能发电,而且还能帮助人造石油、采石油?已40亿岁高寿的太阳为什么能继续发光放热几十亿年?为什么石油也可以从地里种出来?太阳能电站为何要安装1千米高的大烟囱?……
青少年朋友,当你打开这本书时,在阅读和欣赏几十篇丰富多彩的能源故事中,还能从故事背后了解到许多相关的科学奥秘和趣闻。希望你能喜欢它,并从中获得智慧的启迪和科学知识。
《故事中的科学》丛书架起了青少年通往科学世界的桥梁,生动的语言、精彩的图片,把故事中的科学和科学中的故事娓娓道来,让读者沉浸在“悦读”的无限乐趣中,既增长知识、开阔视野,又陶冶情操、驱人奋进,可谓良师益友。
——中国科学院院士 中国科普作家协会理事长 刘嘉麒
“科学与艺术:一枚硬币的两面。”
——诺贝尔奖得主李政道如是说。的确,科学好玩,科学有趣!那么多的名家讲好玩的科学故事,孩子们从故事中学习有趣的科学,电子工业出版社推出这套《故事中的科学》丛书,真是用心良苦,功莫大焉!
——国家教育咨询委员会委员 中国科技馆原馆长 王渝生
航空是20世纪以来最重大的科技成就之一,大大改变了人类的生活。一大批科学家、发明家、飞行家和设计师为之付出心血,甚至生命,感人至深。资深科普作家周日新把他们的人生经历、追求、令人赞叹的业绩,进行巧妙剪辑,通俗流畅娓娓道来。读完全书,犹如看到他们的音容笑貌,听到他们的言谈举止,感受到他们的理想、信念、胸怀和情操。从他们的奋斗经历中,从他们追求卓越的精神和他们把握机遇的能力中,读者会受到深刻的启迪。
——著名航空科普作家 王钟强