火焰的本質是什麼？

Q

磁體一般分NS級的，如果將一個磁體有NS級的打磨成球體，還分NS級嗎？會製造出單極磁體嗎？

By 清泉

A

打磨成球形的磁體可以有NS極呀，地球不就是一個明顯的例子嘛~~

磁單極子並不是靠這樣打磨就可以找到的。因為宏觀磁體，都是由宏觀上很小，微觀上很大的磁疇組成，磁體的磁場是由這些小磁疇磁場疊加而成。這些小磁疇都有各自的NS極，都不是磁單極子。

磁單極子是指存在一種粒子（或者准粒子），使得磁場成為有散度的場。而麥克斯韋方程組指出，磁場是有旋度沒有散度的，所以在這種意義上說是不存在磁單極子的。若真存在這種粒子，麥克斯韋方程組將被改寫。

彩虹為什麼是圓弧狀的？

By 南帝

眾所周知彩虹與光的色散有關。彩虹是陽光在空氣中的小水滴經折射和反射形成的，具體情況如下圖

以小水滴的某個截面作為參考，入射光在水和空氣兩種介質中的折射率不同，我們可以發現，儘管入射光是均勻的，但由於入射水滴的位置不同，則入射角不同，於是導致了不同的偏折情況，即出射光線方向各不相同。儘管如此，我們可以看到在某條光線附近的光線出射後的角度相差很小，即圖上所示出射光線密集的地方，在這條光線附近接受的光強最大，我們平時看到的彩虹便源於此，故這條光線被稱為彩虹線，而偏折的角度被稱為彩虹角。紅光的彩虹角約為42°，而藍光則稍小一些，這也是彩虹中紅圈總在藍圈外的原因。

假設太陽光是平行入射的，那麼在無數條彩虹線中最終能到達我們眼睛的那部分的集合必是一個圓錐面，情況如下圖

這就是為什麼我們平時看到的彩虹都有近似圓弧形狀的原因了。所以彩虹也只有在背對著太陽的情況下才能看到，而且由於我們總是站在地面觀察彩虹，所以本該看到彩虹的下半部分被地面截斷，只能看到大概半圈，但是如果太陽高度合適，人又處於高空中的話，那麼將有機會看到彩虹完全體。至於有時「虹」外有時出現的那圈顏色次序顛倒的「霓」，原理與「虹」大致相同，由於是光在水滴中經歷兩次反射形成的，所以更為暗淡。

利用氫氣球聽地震或海嘯的次聲波，真的可行么？

By 海勝

風暴來臨前會產生次聲波，次聲波的頻率小於20Hz，人耳聽不到，但是這個頻率卻很接近氫氣球的固有頻率。如果有風暴來臨的話，風暴產生的次聲波會與氫氣球產生共振，這種震動能被氫氣球周圍的人感受到，因此，常用氫氣球預測海上風暴。

地震時會產生次聲波，但是在查閱一些資料後並沒有發現通過氫氣球聽次聲波，或許存在比用氫氣球更好的方式監聽地震產生的次聲波。

用電容板產生均勻靜電場，再在靜電場區域用線圈產生與之前靜電場垂直的均勻靜磁場，這時按理來說會有均勻的能流密度矢量，對應於定向的能流。但是什麼都是靜止的，哪來的能流呢？

By 獵日

這是個很有意思的問題。坡印廷矢量究竟能不能用於靜電磁場呢？尤其是兩個看起來毫不相關的電場和磁場。這個問題很多大科學家也曾經討論過、迷惑過。為了簡化問題，我們考慮一個無窮大的平行板電容器，中間具有電場E，在整個空間加一個垂直於E的磁場B，按照坡印廷矢量的定義，在板間存在一個垂直於電場和磁場方向的，從無窮遠來到無窮遠去的能流S。靜態的情況真的如此么？為了說明這個問題，我們拿一個導線將極板連接起來，導線在磁場中受到安培力的作用會產生一個橫向的動量？那麼這動量是哪裡來的呢？通過計算可以得出，這動量正是來自於電磁場的動量。而電磁場的能流和動量是聯繫在一起的，板間確實存在能流。然而有同學不服了，你用無窮大的理想情況是耍流氓，如果是有限大的極板和有限的蹄形磁鐵，那麼能量怎麼從有限遠處跳到另外一點？實際上，理想局域的勻強電磁場在模型上都不能存在，更不可能用操作局域在極板間，總能流也必然是連續的，只不過在板間流線比較密而已。在《費曼物理學講義》第2卷，第17章第4節有關於靜電磁場能流密度問題的闡述。其實，這正是守恆律要求的必然結果，感興趣的同學可以翻看一下。參考文獻：陳熙謀能流密度不適用於靜場情形么？《大學物理》

火焰的本質是什麼?

By 一個愛學習的寶寶

火焰的實質是高溫的氣態或等離子態的物質.接下來你可能要問什麼是等離子態？

在物質變為氣態以後,如果從外界繼續得到能量,到一定程度後,它的粒子又可以進一步分裂為帶負電的電子和帶正電的離子,即原子或分子發生了電離.電離使帶電粒子濃度超過一定數量（通常大約需千分之一以上）後,氣體的行為雖然仍與平常的流體相似,但中性粒子的作用開始退居到次要地位,帶電粒子的作用成為主導的,整個物質表現出一系列新的性質.像這樣部分或完全電離的氣體,其中自由電子和正離子所帶的負、正電荷量相等,而整體又呈電中性,行為受電磁場影響,稱為「等離子體」.因為物質的固、液、氣態都屬於「聚集態」,所以從聚集態的順序來說,也常常把「等離子態」稱為物質的第四態.

有兩種因素決定火焰的顏色 ：

1 氣態和等離子態物質的 元素構成 決定火焰的固有光譜 ,元素表的每種元素高溫下都會發出自己特定的光色,常見的比如 鈉會出現黃色,鉀是紫色,銅是綠色,化合物的光色是一種雜色,因為有許多種類的元素在發光.

2 火焰的溫度決定火焰的顏色,火焰是一種反應 （暴烈的火焰）低溫的時候是紅外線,隨著溫度的上升,火焰從紅色橙色（3000度）到 黃色白色（4000度） 到 青色藍色（5000-6000度）到紫色（7000以上） 到最後看不見的紫外線（幾萬度）,顏色在不斷的改變.

從高能物理來說,紅外線,有色光譜段的火焰都是低能量的火焰,溫度繼續高下去,火焰的顏色從紫外線到x線到伽馬線等等,這些都是無法形容的 「顏色」

量子是如何過渡到經典的？

飛天的小蠶蛹

這個問題可以由不同的角度去理解。

第一個理解的角度是動力學方程，量子的算符運動方程滿足海森堡方程，進一步取平均值之後，我們可以得到平均值的動力學方程，這個經典的動力學方程是對應的，也就是所謂的Ehrenfest定理。

第二個理解的角度是經典的運動軌跡，我們知道量子力學中，坐標動量是不対易的，[x，p]=ih/2π所以我們看到，在h趨於零的時候，坐標和動量就變得対易了，所以我們可以同時確定粒子的坐標和動量。也就是經典的運動軌跡。

當然如果從路徑積分的角度去理解的，就是在h趨於0的時候，在最穩相近似下，所有的非經典軌跡都會相消，最後只留下經典的作用量所決定的軌跡。

最後補充一點，其實大家普遍相信在h趨於零的時候，量子會過度到經典，但是這種具體的對應，我們並沒有完全的理解，比如在量子混沌中，h趨於0是如何過度到經典混沌的？等等

請問，太陽所有射出的光線中，到達地球表面含量最多的是什麼光線？

By :)夜．殘影

太陽源源不斷地以電磁波的形式向四周放射能量。太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38 ～ 0.76 μm的可見光能量占太陽輻射總能量的46%，最大輻射強度位於波長0.47 μm左右。太陽發射的輻射電磁波通過地球大氣時，大氣作為一種傳輸介質，對電磁輻射的影響主要表現為反射、散射與選擇性吸收，致使電磁輻射強度減弱，其光譜成分也發生一定的變化。在可見光波段以散射為主，紅外波段以吸收為主。

大氣的吸收作用：大氣中各種成分對太陽輻射有選擇性吸收，形成太陽輻射的大氣吸收帶。大氣吸收電磁輻射的主要物質是：水、臭氧和二氧化碳。水汽主要吸收紅外波段；臭氧主要吸收紫外波段；二氧化碳主要吸收紅外波段。

大氣的散射作用：當電磁波穿過大氣層時，遇到各種微粒（氣體分子，塵埃等），會使電磁波傳播方向發生改變。大氣散射降低了太陽通過時直射的強度，改變了太陽輻射的方向，消弱了到達地面或向外的輻射，產生了漫反射的天空散射光（又叫天空光或天空輻射），增強了地面的輻照和大氣層本身的「亮度」。

大氣的反射作用：雲量越多、雲層越厚，反射作用越強。

經過這一系列的作用，經過大氣層的太陽輻射有很大的衰減，而且各波段的衰減是不均衡的。到達地面的太陽輻射主要集中在0.3 ～ 3.0 μm波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外。最後上個圖。

地球是一個球體，若將其表面展開鋪平，得到的不該是一個矩形，但為什麼時區劃分圖中的世界是矩形的？世界地圖也幾乎是矩形的？

By 不懂

實際上，由於地球近似於三維球體，而地圖則是一個二維的平面。你沒有辦法將一個球面變成一個平面。當採用不同投影方式將地球表面投影在二維平面時，每一種投影方式都會使地球表面產生變形。因此，世界上沒有一幅完全精確的地圖，各種地圖都是為方便實際使用設計的，都會著重保證的某一方面的真實性。

時區是以經線來劃分的，所以為便於時區劃分，經線劃分圖上將經線會變形為直線。這種地圖多是採用墨卡托投影製作。這種投影的方法，簡單的講，就是假設用一個和赤道面垂直的圓柱套在地球上，然後在地心點亮一盞燈，燈光將地球上各個點投影在圓柱上，再把圓柱展開，就做成了這種矩形地圖。不過實際上我們較少用到矩形的地圖，因為矩形地圖失真很嚴重。使用墨卡托投影製作的地圖，緯線和經線是相互垂直的直線，但緯線越向兩極地區，間隔就會急劇增大，到南北極點時，緯線間距離達到無窮大。由此造成的結果，就是地圖在赤道地區非常精確，但在兩極地區則變形極大。下面這張地圖就是用墨卡托投影製作的，大家感受一下：

註：非洲面積真實面積是格陵蘭島（紅線圈起的區域）的13倍

所以一般至少要使用橢圓形的地圖才能使失真不那麼嚴重，如這張地圖：

至於為什麼我們常見到的世界地圖的形狀還多是接近於矩形，這就是主要出於地圖的實用性的考慮了。為了不將地球上的大陸生生切斷，地圖的邊緣形狀必須較為規則。（想一想如果你的國家在世界地圖上被邊緣切開了，你是不是會非常鬱悶？） 橢圓形的世界地圖既保證了失真不特別嚴重，又使各塊大陸，各個國家的形狀都能在地圖上得以完整地展現。因而，這種出於綜合考慮的地圖實際使用最為廣泛。

本期答題團隊：

中科院物理所Z.S 、ZCL、WQD、可愛的你、清華物理系41的同學、北理工文卿、大化所J.Baker

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