道路测速论文的选题

不久前,中国人造太阳装置EAST实现了101秒和1.2亿摄氏度高温等离子体的维持,这是一个了不起的纪录。但同时也令人费解,这1.2亿摄氏度是怎么测出来的?用水银温度计测量需要多长时间?

大家应该明白,到了1.2摄氏度这个量级,普通的测温方法就失效了。而且单一的测量方法无法保证精度,所以需要很多新的技术方法来测量等离子体的温度!在此之前,我们需要知道温度是多少。

从宏观上看,温度是反应物质冷热的表现。比如温度低我们会觉得冷,温度高我们会觉得热,但这是片面的。为了理解温度的本质,我们需要从微观粒子开始。

随着现代物理学的发展,观察微观粒子的身影不再遥不可及。2020年6月3日,《自然》发表论文,表示科学家通过冷冻电子显微镜成功观察到单个原子的身影。这是一项革命性的创举,为微观粒子观测提供了新的技术手段。

在微观粒子层面,物理学家发现所有的物质都是由小粒子组成的,而这些小粒子都在不停地不规则运动。微观粒子移动得越快,温度就越高。相反,粒子运动越慢,物体就越冷。

当然,这里指的是一个物体所有分子的平均速度,而不是单个粒子的具体速度。

说了这么多,相信大家都应该明白,宇宙中可以有几百亿度的高温,只要物质中的粒子运动速度更快。而且温度不可能无限降低。最低温度是粒子停止运动时的绝对零度,一般为-273.8+05℃。

知道了温度的定义,我们就可以测量它。

大多数物体受热后,粒子的随机运动速度会加快,粒子运动的空间变大,于是出现了物理学中的“热胀冷缩”现象。通过这种现象,我们可以制作测量温度的工具。

水银温度计是典型代表,但这种方法也有局限性。水星不可能一直膨胀下去吧?即使能膨胀,携带水银的仪器也承受不了几千度的高温。况且测量的温度越高,需要的刻度越长,所以水银温度计只能测量100左右的温度。

物体温度的变化不仅会引起热胀冷缩现象,还会引起其他现象。比如热的物体可以产生不同的红外线,这就是我们现在的测温枪的原理。

当然,锻钢的时候不适合这种红外方式,干扰因素太多。所以还有另外一种测量温度的方法——热电偶。具体原理是物体受热时,其中的一些电子会获得足够的能量,然后跑到“冷端”(另一端是受热端)。

不同金属逸出的电子数不同,分布在冷端的电子数也不同。此时,通过测量冷端两侧的电压,可以得到加热端的温度。这种方法一般用于工业测温,可以测量更高的温度,但有局限性。少数情况下可以测到1000的高温。

但这与654.38+0.2亿高温测量的门槛相差甚远。要想测出这种高温,只能另辟蹊径。

直接测量654.38+0.2亿个高温物体显然是不现实的,必须依靠最原始的温度理论来测量温度。物质中粒子运动的速度直接反映在物质的温度上。

人造太阳散发热量的物体是等离子体,具体是电子和离子。简单来说,测量等离子体的温度就是测量电子和离子的速度。我们要造的不是温度计,而是粒子测速仪。

这里有一个大家都能看懂的微观粒子测速仪。它的原理和交警用的测速仪一样,都是靠多普勒效应测量的。

在这种方法中,向等离子体发射激光束,激光与移动的电子相互作用,这将产生激光的散射。通过接收散射的激光,与入射的激光进行比较,就可以找出受电子本身速度影响的频率,然后通过计算就可以得到电子的速度和物质的温度。

当然,多普勒效应测得的温度不一定准确,还需要很多其他的测温方法才能得出结论。这是由于科学的严谨考虑,也是最有效的方法之一。

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