Posted in: 生活

有哪些像伽利略铁球下落实验一样直觉与事实相违背的事?

头图

事实上我们所知道的食草动物,几乎没有一种是单纯的素食主义者。

路透社曾报道过印度的一头牛,在一个月之内吃掉了 48 只小鸡

鹿会吃掉受伤后无法飞走的小鸟,还被人拍到食用野兔的尸体。

家兔吃肉对养过兔子的人来说并不新鲜。加拿大的白靴兔也被发现吃鸟,甚至其他兔子和猞猁的尸体。松鼠也会吃肉,不管是死掉的老鼠、还是一只鸟,它们都不介意。

河马一夜能吃掉 40 公斤草,但是偶尔也会吃黑斑羚、幼年非洲象,甚至同类的尸体。现在它们已经被食草动物除名,成了杂食动物。大象会利用自己灵活鼻子捞鱼吃。

长颈鹿爱好捕食者吃剩的骨头。这种现象还有个专有名词,叫做嗜骨癖(osteophagia)。

草食性哺乳动物吃肉并非特殊个案。在摄像机的帮助下,从圈养到野生,从热带草原到北极圈,到处都能发现这种现象。

一种解释认为,食草动物吃肉就和吃土、吃毛一样,是一种异食癖。在缺乏蛋白质或某些矿物质,或者有寄生虫时,它们就会以吃肉代替吃植物。

不过,许多在人工喂养下,没有明显疾病的食草动物也会对肉表现出兴趣。这说明食草动物吃肉不见得是病理性的行为。

首先,食草动物也能消化动物蛋白和脂肪。对于它们而言,动物是比植物更高效的营养成来源,不但能量密度更高,而且脊椎动物并不能直接利用植被中的纤维素和木质素等,需要靠肠道菌群才能分解消化。

所以,牛羊和猪的饲料中经常添加 5%以下的“动物性饲料”,比如牛奶、肉粉、肉骨粉、鱼粉。曾经流行一时的疯牛病,就是牛饲料中的肉骨粉导致的。

给你的宠物兔喂排骨同样是不明智的。它们代谢动物脂肪的能力不强,长此以往会导致肥胖等问题。

其次,所谓的“吃肉”“吃素”主要是为了分类方便,它们的分类界限并没有那么明显,绝对的肉食动物和植食性动物都是极少数。

比如盛产草食性哺乳动物的偶蹄目(鲸偶蹄目),也包括各种杂食和肉食动物。

早已灭绝的偶蹄目动物蒙古安氏兽(Andrewsarchus mongoliensis),根据骨骼推测也是一种食肉或食腐动物。

鹿的祖先古鼷鹿(Dorcatherium)和一些现代鼷鹿也被认为是杂食动物。它们吃昆虫、水生动物和腐肉。

回到食草动物为什么要吃肉的问题上,其实正确的问题应该是:为什么它们要吃草?

在一个陆生生态系统中,能量沿着食物链流动:首先,植物通过光合作用,固定太阳提供的光能。其次,食草动物通过吃植物,获取自己所需的能量。最后,食肉动物又从食草动物的肉中获取能量。

考虑到食物链每级的能量转化效率不超过 10%,一个生态系统能承担的食肉动物的数目非常有限。而供养一群肉食者,就需要相当庞大的能量消耗。

以人类为例,世界上约有 70 亿人,同时养着 650 亿只鸡、8 亿头猪、10 亿头牛、20 亿头羊。它们生产的肉、蛋、奶依然不够所有人食用。

这决定了肉食性的动物只能是少数,大多数动物必须以素食为生。

然而,这并不能阻止广大食草动物们对偶尔开荤的向往。

食草动物才不是吃素的 https://www.zhihu.com/video/1116367988017696768

Posted in: 生活

有哪些不医治后果很严重,但是医治起来却很容易的病?

头图

第一反应是:恙虫病(一种急性传染病)

对于恙虫病患者,如果没有早期诊断并及时应用有效的抗生素进行治疗,预后比较差,特别是老年人、孕妇和有并发症者,部分病情严重者可因多器官功能衰竭、肺或消化道大出血而死亡(病死率各地报道不一,未用抗生素病死率 9%-60%)。

不过,恙虫病一旦早期确诊,及时进行病原治疗,绝大部分预后良好。

病原治疗主要是应用氯霉素、四环素(儿童慎用)或者红霉素,效果都很好,一般用药 3 天内体温可恢复正常,另外,多西环素、罗红霉素、阿奇霉素或诺氟沙星等抗生素对恙虫病也有疗效。我在呼吸科轮转时,带教老师碰到恙虫病患者,一般用多西环素,效果也是杠杠的!

(注意:青霉素类、头孢菌素类和氨基糖苷类抗生素对恙虫病没有治疗作用

重点来了↓↓↓

如何早期发现可疑恙虫病:

如果突然出现发热,1~2 天内体温迅速升至 39~41℃,伴有头痛、疲乏等症状,首先肯定要及时到正规医院就诊。如果发病前 3 周内有接触丛林、草地等,应注意寻找身上有无焦痂或溃疡(尤其是腋窝、外生殖器、腹股沟、会阴、肛周、腰背等处),有的话请务必主动告诉医生,因为这是诊断恙虫病的一条重要线索。(当然,医生通过了解病史和详细查体后并不难确诊,不过早点确诊总是有利无弊的)

以下详细展开(便于理解上面那段话):

  • 恙虫病的流行病学特征

1)主要传染源:鼠类。

2)传播途径:恙螨为其传播媒介,通过恙螨幼虫叮咬传播给人。

3)人群易感性:人对本病普遍易感(不分男女老幼),不过从事野外劳动、较多接触丛林杂草的青壮年发病率较高。(恙虫病患者在发病前 3 周内一般有户外工作、露天野营或在林地草丛上坐、卧等。)

4)流行特征:我国南方多发于夏秋季,见于 5~11 月,6~8 月为高峰;北方省份多发于秋冬季,以 9~12 月为多,高峰出现在 10 月。本病多分布于热带及亚热带的河溪两岸,且多见于灌木、杂草丛生的平坦地带,以海岛、沿海地区较多见,山区较少。

  • 恙虫病的临床表现:

起病急,体温迅速上升,1~2 天内达 39℃~41℃,持续 1~3 周,伴有寒战、剧烈头痛、全身酸痛、疲乏、嗜睡、食欲下降、恶心呕吐等,体征可有眼结膜充血、颜面及颈胸部潮红,皮肤出现焦痂或溃疡、皮疹,另外可有肝淋巴结肿大、脾肿大等。病程进入第 2 周后,病情常加重,出现各种并发症,可表现为心慌、咳嗽、气促、胸痛、神情淡漠、烦躁,甚至抽搐或昏迷,少数患者会出现鼻出血、胃肠道出血等[1]

上述临床表现中,有一个最具有特征性的体征焦痂和溃疡(可见于 70%~100%的患者)

恙螨幼虫叮咬人体后,局部出现丘疹,继成水疱,随后结成黑色痂皮,形成焦痂,焦痂呈圆形或椭圆形,直径 2~15mm,多为 4~10mm,边缘突起,周围有红晕,若无继发感染,则不痛不痒,也无渗液。痂皮脱落后变成溃疡,基底部为淡红色肉芽创面。焦痂可见于体表任何部位,但由于恙螨幼虫喜好叮咬人体湿润、气味较浓以及被压迫的部位,故焦痂多见于腋窝、外生殖器、腹股沟、会阴、肛周和腰背等处[1]

之前在呼吸科还遇到过一例出现在腹部的焦痂,如下图所示:

最后提一下恙虫病的预防:

由于目前尚无针对恙虫病有效的疫苗,因此,预防的关键在于灭鼠、灭恙螨和做好个体防护措施。其中,个体防护措施包括

流行季节在野外施工、生产、行军、野营、训练时,应扎紧袖口、裤管口,把衬衣扎入裤腰内;不要在草地坐卧;避免在草丛、树枝上晾晒衣服和被褥。在流行较重地区,有条件时可使用药物预防。身体外露部分,如手、颈、耳后以及小腿等处可涂擦避蚊油(邻苯二甲酸二甲酯,dimethyl phthalate ),有 2h 的防护作用,或避蚊胺(deet ),有 4h 的防护作用,但涉水后均失效,而以邻苯二甲酸二甲酯 70%与邻苯二甲酸二丁酯( dibutyl phthalate ) 30%合剂涂擦,可延长防护作用至 8h,经过 3~4 次涉水,仍有一定的效力。衣服可用邻苯二甲酸二丁酯乳剂(以 0. 5 %肥皂水作乳化剂)浸泡衣服(包括袜子),每套约 670ml,浸泡的衣服水洗 5 次后仍有一定的防护作用。据报道,恙瞒在人体皮肤上爬行 20 一 30 min 以至 1h,多尚未叮咬。因此,野外作业后,及时换衣、洗澡或擦澡,重点擦洗腋窝、腰部、会阴等皮肤柔软部位,可减少被恙满叮咬的机会[2]

Posted in: 生活

为什么长途输电不采取低压高电流?

头图

这个问题有点意思,这个问题的解答涉及到几个方面,包括导线的发热理论和散热动态平衡方程式,还有电压损耗理论,以及短路理论。我们这就开始讨论。

我们先看看百度怎么说:

远距离输电要用高压的原因是:在同输电功率的情况下,根据公式 P=UI,要使输电电流 I 减小,而输送功率 P 不变(足够大),就必须提高输电电压 U。电压越高电流就越小,这样高压输电就能减少输电时的电流,从而降低因电流产生的热损耗和降低远距离输电的材料成本。

由焦耳定律 Q=I^2Rt,减小发热 Q 有以下三种方法:一是减小输电时间 t,二是减小输电线电阻 R,三是减小输电电流 I。可以看出,第三种办法是很有效的:电流减小一半,损失的电能就降为原来的四分之一。要减小电能的损失,必须减小输电电流。

百度的说法属于经典表述,但这种表述对吗?我们来分析一下:

我们设导线的电阻是 R,当经过时间 t 后,导线产生的焦耳热量 Q 为:

,式 1

从式 1 看,增大电流 I 或者增高电压 U,对于导线产生的焦耳热来说,似乎是一致的。我们看到,电压增加一倍,或者电流增加一倍,导线的焦耳发热量均增加四倍。不管是电压也好,是电流也好,并没有本质区别。

这正是题主的疑问之所在。

这里先打一个伏笔,就是电压 U 到底指的是什么电压。往下看就明白了。

我们知道,焦耳发热的热量作用在导线上,导线会产生两种作用:其一是导线温度升高,引起了热量的消耗;其二是导线向空间中散发热量,同样也引起热量的消耗。这两种热量消耗与产热之间存在热平衡关系。

我们设导线温度升高消耗的热量是 Q1,导线散热消耗的热量是 Q2,则有:

,式 2

式 2 叫做导线的热量动态平衡方程式。其中的 Q1,它等于导线材料的比热容 c 与导线质量 m 的乘积,再乘以导线的温度升高值Δθ,Δθ等于导线当前的温度θ与先前的温度θ0 之差,即:

图 1:导线的热平衡

我们容易想到,导线持续输送电能时,经过一段时间,导线的温度必然会恒定,也即Δθ等于零。如此一来,Q1 等于零。

我们再看式 2 中的 Q2,它与综合散热系数 Kt 与导线的表面面积 A,还有导线的表面温度与环境温度差τ的乘积有关,即:

我们由式 2 可知,当导线的表面温度稳定后,

。我们把 Q 的电压表达式和电流表达式代入,得到:

电流表达式:

,式 3

我们知道,电阻

,这里的ρ是电阻率,α是电阻温度系数,L 是导体长度,S 是导体截面积,θ是导体表面温度。再注意到导体表面积 A,我们忽略掉导体的两个端面,于是导体表面积

,这里的 M 是导体截面周长,L 是导体长度。我们把这些都代入到式 3 中,得到温升的电流表达式:

,式 4

从式 4 中我们看到,导体温升与电流的平方成正比,与导体的截面积 S 成反比,与导体截面周长也成反比。特别注意的是:温升与导线长度 L 无关!由此可知,导线的载流量与导线长度无关!

我们再看温升的电压表达式:

,式 5

从式 5 中我们看到,温升与导线单位长度的电压降“U/L”的平方成正比。

前面的伏笔在此揭开了,原来式 1 中的电压其实就是导线单位长度的电压降。

我们来做一个段落总结:

当通电导线经过一段稳定时间后,它的温度已经稳定,此时导线的稳态损耗体现在导体相对环境温度的温升上。由式 4 和式 5 可以看出,温升与电流的平方成正比,与导线单位长度电压降的平方成正比。

可见,百度的说法是需要补充纠正的。

特别提醒:我们由

,可以推出

。这个式子用一位著名科学家来命名的,叫做牛顿散热公式。这个式子是牛顿首先提出,并用在他的理论中。

从以上讨论中,我们隐隐约约地感觉到,输电的损耗问题不但与温升有关,还与电压损耗有关。

翻开《工业与民用配电设计手册》第四版,在第九章我们能看到有关输电线路的电压损耗表达式:

,式 6

式 6 中,Δu%是线路电压损失百分数,Un 是输送电的标称线电压,R0 是三相线路单位长度的电阻,X0 是三相线路单位长度的感抗,cosφ是功率因数,I 是线路电流,L 是线路长度。

提醒一下:式 6 不是超长距离输电线路的电压损耗。如果一定要给出超长距离的电压损耗,则必须考虑电磁场的许多效应。由此可见,这里面的知识量非常丰富。具体可见有关输配电和工业电磁场方面的书籍,此处不给予详细讨论。

我们从式 6 中看到,电压损失与导线和线路中流过的电流成正比。由此可以想到:如果把电压提高,把电流减小,那么就能减少线路中的电压损耗。

我们看下图:

图 2:输送电线路

从图 2 中,我们就能看到电压损失的情况。

我们看到,发电机所发的电压必须高于额定电压 5%,而升压变压器 T1 的副边电压高于输送电线路额定电压 10%。由于电压损失的原因,到达降压变压器 T2 的原边,电压已经降低到等于额定电压 Un。在降压变压器 T2 的副边,同样需要把电压提升到高于副边线路额定电压的 5%。

图 2 反映了在实际运行中,为了确保用电设备的电压符合标称电压要求,配电系统采取的电压调整措施。

现在,我们再看看当配电网发生短路时,导线的受力情况。

当发生短路时,短路电流很大,导线之间的短路电动力 F 可以采用毕奥.萨法尔定律来分析,如下:

,式 7

式 7 中的 L 是导线长度,d 是导线间距,Kc 是导线的截面系数,I 是短路电流。

我们通过一个实例来看看短路电动力的大小:

设被考察的导线长度 L 是 100 米,导线间距是 d 是 1 米,导线的截面系数 Kc=1,短路电流是 100kA。把这些值代入到式 7 中,看看结果是什么:

我们看到,这 100 米的导线所受到的短路电动力是 20408kgf,差不多相当于 20.4 吨的力!可见,支撑这些导线或者架空线的铁架该要有多结实。当然,线路保护也必须快速动作才行。

这么大的短路电动力,和电压有关吗?用网络语言来说就是:式 7 与电压有毛关系。

在实际三相配电网中,当发生短路时,由于三相交流电相序的原因,A 相和 C 相配电线路受到的短路电动力是 2.65F,而中间 B 相配电线路受到的短路电动力为 2.8F。

当发生短路时,电压会发生何种变化?我们看下图:

图 3:短路现象分析

图 3 中,我们设电源电动势是 E,线路电阻和电源内阻的合并电阻是 r+Rx,短路点的等效电阻是 Rk,则短路点的电压 U 为:

为了确保供电电压的稳定性,一般地,线路电阻(阻抗)必须小于短路点电阻(阻抗)的 1/50。我们不妨设(r+Rx)=Rk/50,代入到上式中,得到:

,式 8

原来,短路前后电压基本不变!我们把满足这种关系的配电网叫做无限大容量配电网。

我们周围的高压配电网都是无限大容量配电网,只有低压 220V/380V 配电网是有限容量配电网。尽管如此,由于短路时间很短暂,低压配电网在短路瞬间依然满足无限大容量配电网的特性。

我们看下图,此图是发生短路时的电压波形和电流波形,是我用 CAD 绘制的:

图 4:配电网短路前后的电压和电流过程

图 4 中,在时刻 0 的左侧,我们看到了正常的电压 u 波形和电流 i 波形。当在时刻 0 发生短路时,电流剧烈地增大到冲击短路电流峰值。之后,随着过渡过程的继续,短路电流成为到稳态值 ik。

此时的电压有何变化?从图 4 中看到,电压 U 基本不变。

可见,从配电网短路故障情况看,不管是短路电动力冲击作用也好,是短路热冲击作用也好,均与电压无关。所以,在配电网中,我们尽量提高电压减小电流,以减小故障电流的冲击。

总结一下:

1)线路损耗与电流的平方成正比,与配电线路单位长度的电压降的平方成正比。

2)降低电流提高电压,能有效地减小线路损耗,提高电网传输电能的能力。

3)提高电压,减小电流,能减轻配电网发生故障时的冲击效应,提高设备承受短路故障冲击的能力。

以上就是给题主的问题最终答案。

===================

晚上看了若干篇评论,似乎以中学生为主,而且纠结于最开头的式 1,后面的内容没人讨论。

其实,这篇文档的涉及到的知识远超中学生的认知能力。对于中学生来说,的确,能看懂前面的式 1 就不错了。后面的内容,中学生们应当看不懂才对,这从评论中就能明确地看出来。

这篇文档对配电线路导线的发热做了讨论,并导出温升与电流的关系,以及温升与单位长度导线压降的关系。我们看到,从温升作用看,两者是等同的。

然而,从配电线路的电压损耗来看,它与电流密切相关,所以减小电流,就能降低电压损耗。

特别重要的是,从短路电流对配电网的冲击看,电流居于主导地位,而电压的作用却十分有限。由此可知,从配电网的稳定性来看,减小电流具有很大的实际意义。

主要就是这些。

Back to Top