只要功夫深，

磁鐵磨成粉！

本期問(wèn)題是，

磁鐵磨成粉以后還具有磁性嗎？

而說(shuō)到磁性，

就會(huì)想到我們常用“聲音富有磁性”

來(lái)形容一個(gè)人的聲音好聽(tīng)，

那么聲音，或者說(shuō)聲波，

作為物理學(xué)中的一個(gè)概念，

它能夠被磁化嗎？

1

Q：磁鐵磨成粉還具有磁性嗎？

by??non-trivial

換種說(shuō)法，鐵磁性物質(zhì)（這里指常說(shuō)的磁鐵，永磁體）顆粒大小和磁性的關(guān)系。同一磁體中有許多磁疇，而磁疇間自發(fā)強(qiáng)度大小相同方向不同，磁化的過(guò)程就是在外磁場(chǎng)作用下，使不同磁疇內(nèi)的原子磁矩向同一個(gè)方向排列，此時(shí)磁體就有了磁性。

磁化強(qiáng)度從一個(gè)方向翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)方向需要克服一個(gè)勢(shì)壘(磁各向異性能)，而這個(gè)勢(shì)壘是和顆粒的體積(尺寸)成正比的。而對(duì)于每個(gè)孤立自旋，它會(huì)受到熱擾動(dòng)的影響。這兩種能量相互競(jìng)爭(zhēng)，在固定溫度下，當(dāng)它倆大小相近時(shí)，就達(dá)到了我們所謂的臨界尺寸（類似的，也存在對(duì)應(yīng)的特征溫度）。此時(shí)熱擾動(dòng)足以影響磁化強(qiáng)度取向時(shí)，自旋會(huì)因?yàn)闊峒ぐl(fā)，不斷地隨機(jī)振動(dòng)，此時(shí)這種粉末不再表現(xiàn)出鐵磁性，而是超順磁性。即在沒(méi)有外磁場(chǎng)下，不表現(xiàn)出磁性，而施加外場(chǎng)時(shí)，則類似順磁性。超順磁相比鐵磁，其特點(diǎn)一是沒(méi)有磁滯，意味著沒(méi)有剩余磁化強(qiáng)度和矯頑力；二是如果以磁化強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，磁場(chǎng)強(qiáng)度和溫度的比值為橫坐標(biāo)，這樣的曲線永遠(yuǎn)是重疊的。

By?Aaron Chen

2

Q：聲音能被磁化嗎？

by? abcd

磁化會(huì)影響介質(zhì)中的聲波，但沒(méi)法給你具有“磁性”的聲音。磁化是指沒(méi)有磁性的物體獲得磁性的過(guò)程，最早磁性是用分子電流來(lái)解釋，磁化是分子電流的取向排列引起的；但量子力學(xué)最終告訴我們，磁性是來(lái)源于電子自旋磁矩和軌道磁矩（嗯，遇事不決，量子力學(xué)），此磁性不同于彼“磁性”。機(jī)械振動(dòng)通過(guò)介質(zhì)傳導(dǎo)到我們的耳朵，最終轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)為大腦所感知，就是我們所說(shuō)的聲音，聲音之于人，不是機(jī)械振動(dòng)，而是電信號(hào)。

我們對(duì)聲音的感知有三個(gè)要素：音調(diào)，音色和響度，這三個(gè)要素都與聲源介質(zhì)以及傳聲介質(zhì)的機(jī)械振動(dòng)相關(guān)，機(jī)械振動(dòng)與原子核的集體振動(dòng)——聲子相關(guān)，而電子的變化對(duì)原子核的影響比較小，這種影響在極低溫可以被觀測(cè)到；另外如果傳聲介質(zhì)是空氣等氣體的話，聲音以縱波的形式傳導(dǎo)，引起空氣密度和壓力的變化，磁性對(duì)氣體中的聲波影響不大。另外，愛(ài)因斯坦－德哈斯效應(yīng)指出，電子自旋角動(dòng)量和機(jī)械角動(dòng)量本質(zhì)相同，微觀上電子角動(dòng)量的轉(zhuǎn)移的確會(huì)使原子發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因此嚴(yán)格來(lái)說(shuō)磁性會(huì)影響介質(zhì)中的聲波。

但是，這些由磁性引起的機(jī)械振動(dòng)的變化，你的耳朵一般可感受不到啊。想通過(guò)磁化來(lái)使得自己的聲音具有“磁性”，我看，還是放棄吧！

By 二十三

3

Q：熟石膏和生石膏有什么區(qū)別？

by?子墨August

生石膏（天然產(chǎn)物）經(jīng)過(guò)處理得到的就是熟石膏。從化學(xué)成分來(lái)看，生石膏主要成分是二水硫酸鈣，而熟石膏主要是半水硫酸鈣，而處理的方式，本質(zhì)就是加熱脫水過(guò)程，也就是常說(shuō)的煅燒等。當(dāng)然不同的溫度煅燒，得到的產(chǎn)物是不同的，在很高的溫度下，會(huì)得到另一種石膏的天然產(chǎn)物，也就是無(wú)水石膏，又叫硬石膏。當(dāng)然區(qū)分這兩種粉末的方式也很簡(jiǎn)單，將粉末和水1:1.5混合，如果混合后，干的就是熟石膏（因?yàn)槲耍嗖荒芪?，肯定就是濕的了?/p>

By?Aaron Chen

4

Q：生活中可能發(fā)生核反應(yīng)嗎？

by? 神秘人物

生活中時(shí)時(shí)刻刻都有核反應(yīng)發(fā)生。核反應(yīng)是指一個(gè)原子核或者亞原子粒子（質(zhì)子，中子或者高能電子）與另一個(gè)原子核相撞產(chǎn)生新的原子核的過(guò)程，一般有自然界發(fā)生的核反應(yīng)，也有人工的核反應(yīng)，如被高能加速器加速的粒子轟擊原子核，可以產(chǎn)生新的元素。提起自然界中發(fā)生的且與我們生活息息相關(guān)的核反應(yīng)，生成碳14的核反應(yīng)就必須要說(shuō)一下了。地球時(shí)刻都在接受宇宙射線輻照，這些宇宙射線中能量比較高的中子，或者高能射線通過(guò)與高層大氣的一系列作用產(chǎn)生的高能量中子，與大氣中的氮14原子核發(fā)生反應(yīng)放出一個(gè)質(zhì)子，并生成一個(gè)新的核——碳14，核反應(yīng)方程如下：

大氣中碳14有穩(wěn)定的含量，人，動(dòng)物和植物體內(nèi)也都有穩(wěn)定含量的碳14；碳14是碳的放射性同位素，利用其半衰期可以測(cè)定年份。人工核反應(yīng)中與我們生活關(guān)系最大的就是核電站的鈾裂變反應(yīng)，該反應(yīng)通過(guò)電站為日常生活生產(chǎn)提供電能。

By 二十三

5

Q：食品用酒精保鮮劑，就是面包里的酒精卡為什么能保鮮？吃了會(huì)有危害嗎？

by?匿名

首先酒精具有抗菌能力，其濃度在10%到20%以下沒(méi)有殺菌作用，但有阻礙菌類繁殖的效果，部分菌類在1%濃度的酒精環(huán)境中就會(huì)被抑制繁殖，4%到5%濃度的酒精能夠抑制絕大部分菌類得繁殖，在濃度高于20%時(shí)，尤其是60%到90%的酒精，具有很強(qiáng)的殺菌作用，比如常用的濃度為75%的醫(yī)用酒精。

面包中的保鮮卡實(shí)際是一種酒精發(fā)生器，其工作原理是讓酒精、脂肪酸以及香精等混合而成的保鮮液吸附在硅膠或具有多孔結(jié)構(gòu)的纖維片中，然后附加在糕點(diǎn)、面包或珍鮮食品的包裝袋內(nèi)，讓保鮮液按預(yù)設(shè)的速率揮發(fā)，使包裝袋內(nèi)充滿保鮮液氣體，抑制菌類繁殖，使食品保持原有香味，同時(shí)由于袋內(nèi)氣壓增大，抑制食品中水分蒸發(fā)，保證食品的濕度，還具有防止食品硬化的功能。

由于高濃度的酒精會(huì)直接損害食品的滋味和香氣，現(xiàn)有的市面上使用的酒精保鮮劑一般使用低濃度的酒精同時(shí)添加香精，被食品吸收的酒精（乙醇）含量在2Wt%到3Wt%以下(Wt%為重量百分比），包裝中的酒精氣體濃度約為1Vol%（Vol%為體積百分比）以下，能夠抑制菌類的生長(zhǎng)，起到保鮮作用。

但由于低濃度的酒精只能抑制菌類繁殖，不能完全殺死菌類，因此不排除存在初發(fā)菌數(shù)量很多，即使繁殖速率慢菌類也會(huì)快速繁殖而導(dǎo)致食品變質(zhì)的情況（這難道就是傳說(shuō)中的人口基數(shù)大？）。

原則上講，食品級(jí)的酒精在低濃度下是無(wú)毒的，沒(méi)有變質(zhì)的食物完全可以放心食用，雖然人生不能沒(méi)有嚼頭，但強(qiáng)烈不建議食用面包中的保鮮卡。

By 勿用

6

Q：?jiǎn)蚊骁R的原理是什么?？

by? 六六

單面鏡(也叫原子鏡、單向透視玻璃），是一種對(duì)可見(jiàn)光具有很高反射比的特種玻璃。一般的玻璃，站在兩面都可以看穿到另一面的事物，而普通的鏡子只有反射的功能，與一般的透明玻璃或者全反射鏡不同，在單面鏡的一面可以看到另一面的物體，從另一面卻只能看到自己的像。這與玻璃上的鍍膜厚度直接相關(guān)，如圖所示。

以BK7型號(hào)玻璃上的鋁膜為例，在玻璃上不鍍膜時(shí)，透射率遠(yuǎn)大于反射率，玻璃是透明的（紅色-反射率，藍(lán)色-透射率，黑色-吸收率）；膜厚度大于20nm左右時(shí)，透射率遠(yuǎn)小于反射率，從玻璃兩面入射的光線均發(fā)生反射，因此不透光。可以通過(guò)控制膜的厚度使玻璃能夠反射部分光的同時(shí)透過(guò)部分光線，合理控制玻璃兩側(cè)的光線強(qiáng)弱則可以實(shí)現(xiàn)單面鏡的功能。

在實(shí)際使用時(shí)，身處強(qiáng)光的房間因?yàn)楣饩€充足，反射的光較多，便會(huì)在鏡中看見(jiàn)自己的影像。另一邊光線很微弱的房間里，雖然其房間里部分的光線也可以穿過(guò)單面反光鏡，但由于光度很低，所以強(qiáng)光房間的人無(wú)法感受到，只能看到自己的影像。同時(shí)由于強(qiáng)光房間的光線透過(guò)單面鏡，使得暗房間的人能夠看到強(qiáng)光房間的情形。就好像在街燈的強(qiáng)光下，我們不能看見(jiàn)螢火蟲一樣，因?yàn)閬?lái)自螢火蟲的微弱光線被街燈的光所蓋過(guò)了。但當(dāng)單面鏡兩邊的光線強(qiáng)弱差異不大時(shí)，兩邊就都可以互相透視了。

By?勿用

7

Q：生活中常用的鍍膜技術(shù)有哪些？

by one heart

隨著現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，薄膜科學(xué)已成為近年來(lái)迅速發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域之一，是凝聚態(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。功能薄膜是薄膜研究的主要方面，它不僅具有豐富的物理內(nèi)涵，而且在微電子、光電子、超導(dǎo)材料等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。

薄膜材料在如今的生活中也具有非常廣泛的應(yīng)用，比如集成電路中的微型器件、液晶顯示屏、食物保鮮膜等等。薄膜材料根據(jù)薄膜厚度可分為涂層（>1μm）或薄膜(<1μm),常見(jiàn)的涂覆薄膜材料的方法有噴涂、浸涂、抹涂、甩膠等等，如下圖所示。

言歸正傳，根據(jù)薄膜材料制備的原理基礎(chǔ)，可以將薄膜制備技術(shù)分為以蒸發(fā)沉積為基礎(chǔ)的真空蒸發(fā)沉積、電子束蒸發(fā)沉積，分子束外延薄膜生長(zhǎng)（MBE)等；以載能束與固體相互作用為基礎(chǔ)的離子束濺射沉積、脈沖激光沉積(PLD)、離子束輔助沉積（IBAD）等；以等離子體技術(shù)為基礎(chǔ)的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD），磁控濺射沉積等等；同時(shí)還有溶膠-凝膠法、電化學(xué)沉積、液相外延以及化學(xué)束外延等方法。

對(duì)于蒸發(fā)沉積系統(tǒng)，以最簡(jiǎn)單的真空蒸發(fā)沉積為例，其原理是在真空條件下，蒸發(fā)源材料受熱，部分原子或分子脫離材料表面束縛做直線運(yùn)動(dòng)，遇到待沉積基片上沉積成膜。電子束蒸發(fā)則是利用電子束轟擊待沉積物質(zhì)，加熱使其表面原子脫離。

載能束體系則一般利用載能束將原子和分子直接從物質(zhì)中轟擊出來(lái)，比如激光脈沖沉積利用激光對(duì)物體進(jìn)行轟擊，然后將轟擊出來(lái)的物質(zhì)沉淀在不同的襯底上，得到沉淀或者薄膜的一種手段。

對(duì)于等離子體系統(tǒng)，其原理為向高真空系統(tǒng)中充入少量所需氣體（氬、氧、氮等），使氣體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下電離而產(chǎn)生輝光放電，電離后產(chǎn)生的帶正電荷離子受電場(chǎng)加速形成等離子流，轟擊陰極靶材使靶材表面原子飛濺出來(lái)，以自由原子或與反應(yīng)氣體分子形成化合物，沉積到襯底表面形成薄膜層，濺射法被廣泛地應(yīng)用于制備金屬、合金、半導(dǎo)體、氧化物、碳化物、氮化物等薄膜。

By?勿用

本期答題團(tuán)隊(duì)

物理所? ??Aaron Chen、二十三、勿用

我們下期再見(jiàn)~