如何科学地“减压”?-本站网

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号外 时间线 文集 24小时 Pro会员 Pro会员介绍 全部专栏更新 活动投稿2020-04-02 08:00如何科学地“减压”?科学大院©关注

本文来自微信公众号:科学大院(ID: kexuedayuan),作者:乘凉,题图来自:视觉中国

最近一个月来,同学之间交流时,大伙都觉得自己烦躁死了,时常感觉“鸭梨”爆表。网络教学正常地进行着,担心我们过多玩乐的老师们贴心准备了大量的练习题,使我们在家“葛优躺”的生活化成泡影。既然作业不可避免,那么为了身心健康,我们该怎样来着手减压呢?

哪来那么大压力?

在减压之前,先来讨论一下我们口口声声提到的压力是什么。众所周知,自然界里的所有物质都是由原子分子组成,而这些分子存在大规模的无规则热运动。这些躁动的分子与我们的身体碰撞的瞬间,我们就收到了来自一个分子的鞭笞。组成书本、电脑的物质分子太呆板,只呆在它们本该在的地方,挑逗我们的,是一天天呼吸的空气。而空气中有那么多分子,我们的小身子骨仿佛被机关枪扫射似的,接连不断的收到来自分子的撞击,于是,我们就感受到了“压力”。

密闭容器里的分子不断撞击容器壁产生的压强(图片来源:维基百科)

知己知彼,了解了压力的来源,我们还得知道压力与哪些因素挂钩。气体运动理论说,在一定的体积里,分子数越多,分子越是活跃,我们就越发感到“亚历山大”。分子数密度就看空气的稀薄程度,而分子的活跃则依赖周遭的温度。

所以要减压,我们有两条路可以走,要么降温,要么营造真空氛围。我们不妨先考虑第一条路子。

降降温,顺便降降火

通过降温可以有效降低分子热运动的程度。所以你可以把空调的冷气调到最足。分子就会感到疲劳一点点,撞击力度减小,所受的压力也变轻了,外加脑海里想象的夏日吃西瓜的画面加成,脾气应当恢复不小。

不过真考究起来,家用空调的降温一般只能降到13度(对应热力学温度290K),套用理想气体状态方程PV=nRT, 房间的体积和分子数不变的情况下,压力和温度成正比的关系。于是压力的变化就等同于房间里热力学温度的变化了。这么计算下来,降低的压力只有0.5% ,勉强只能作为心理安慰。

根据27°C(300K)和13°C(285K)的分子速率分布情况,发现低温时分子速率只整体降低了一丢丢 (图片来源:作者自绘)

再极端一点,在房间外加装流动液氮包层,可以妥妥将房间降到零下两百度,我们感受到的压力一下减少了75%,而且液氮价格便宜,单价还不如可乐贵。要是有“亿点钱”,还能把液氮换成液氦,稳稳地可以将室内温度降到-269°C,仅差4度就到绝对零度了,降压水平达到惊为天人的98.7 %!不过这时候房间里的空气多半变成液体甚至固体了,降压水准又在此基础上提升了!

多喝“热水”(液氮误解向)(图片来源:npr.org)

压力是降低了,但是我们怕冷啊,于是又得穿上厚厚的外套。这么一来,身体是暖和了,可我们还得干活呀。这下好了,厚厚的外衣反倒成了工作的阻碍。那些衣服间隙的分子受到我们体温的“感化”,一下子又躁动起来,如此一来,我们的压力并没有怎么降低。反倒因为花了钱降压,却仍然感受到身旁分子的无尽撞击,从而让体温升高,怒气值一下就窜上去了。

降温这条路应该是GG了(或许那么低的温度下还是多裹两床被更现实些)。

在真空中飘飘成仙

别怕,降温不行,还有一条路。我们尽可能把身旁的空气抽走,分子数一少,压力不就小了吗。什么?你还要呼吸?这根本不是问题,我们有氧气瓶嘛,套在鼻子上一切都不是问题。只要我们向真空的方向努力,我们岂不是向真正的“无压”极乐世界越来越近?

左边是工业上的氧气瓶,认准蓝瓶的~右边是一些便携的氧气呼吸器(图片来源:作者提供)

日常感受到的大气压是110kPa,真空也有不同的区域划分,可分为粗真空(10^5 Pa~10^2 Pa),低真空(10^2~10^-1 Pa),高真空(10^-1~10^-6 Pa)和超高真空( 10^-6 Pa)。抽真空的方式很多,可以按照压力大小选择你想要的降压方式。

耐压能力不好的人还是不要去木星了,因为那里“压力感人” (图片来源:NASA)

初步减压可以用机械泵抽成粗真空。在波意耳-马略特定律的基础上,机械泵不断地压缩和排除气体以达到减压的目的,降压水准最高可达99 %!而且机械泵的价格也很便宜,某宝上就有销售的机械泵,价格从小几百到上千不等,只能帮你到这了。把房间的密封性搞好,引一个管子到外面的机械泵,突突突地抽气,再悠然地带上氧气面罩,从此与世无争。不过机械泵有个缺点就是噪声太大,常见的泵有旋片,定片式和转子式。要想避免杂音,保持内心平和,还是建议采购旋片式的要好点。

不过这会儿的空间特性还是大气,差异不大,气体分子数还是很多,气体热运动依旧频繁。还要担心的是,这会儿液体的沸点大大降低,你的身体脱水会很厉害,记得多喝热水。境界不够高的人还是可以感受到不少的压力。那我们就直接来到我们梦寐以求的超高真空。

分子泵可以帮助我们实现一刀流。气体分子碰到高速轮子的表面时,会在表面停留一会儿,轮子乘机可以把分子踢到外面去。利用动量传输作用制造的涡轮分子泵,能轻而易举的产生超高真空,实现超低压力。而且它的启动速度快,噪声很小,运行起来也相当的稳当。而且它的价格也不贵,按照市场行情,一般是在机械泵的价格后面加上两个零。可惜的是分子泵不能一个人单打独斗,它需要机械泵的配合才能完成工作。制造厂商考虑到了这一点,所以他们常常把机械泵集成到分子泵里。

实验室里常会用到的立式分子泵和结构示意图,可用于真空镀膜,产生纯净的固体表面 (图片来源:百度百科)

分子泵制造的世界里头,我们熟知的热对流现象早已消失,无论外界是刀山火海我们都可以做到不知不觉。分子间的相互碰撞几乎不存在了,唯有一些零星分子(每立方厘米10^10以下的分子,相对平时已经少几十亿倍了)会撞击我们的身体。相对非真空下的重拳出击,这点小撞击连挠痒痒都不算了,从此压力飞到九霄云外,自己也心平气顺。

“减压”小贴士

除非你有极端的压力感应系统,比如能从耳机里听出水力发电和风力发电的电流区别,以及拥有一个比钢铁还硬的内心,否则我还是不建议你使用分子泵减压的。因为长时间在那么低的压力下,你的小身板也受不了。你的身体会开始肿胀,血管开始破裂,再呆下去效果只会离go die原来越近。

所以,减压虽好,可不要过度啊~

注:本期内容纯属一本正经的胡说八道,未严谨考证人在低压下的生物特征变化

参考文献:

[1]汪志诚. 热力学统计物理[M].

[2]郑伟涛. 薄膜材料与薄膜技术(第2版)[M]. 化学工业出版社, 2004.

本文来自微信公众号:科学大院(ID: kexuedayuan),作者:乘凉(中国科学院大学)

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