2017年8月16日 星期三

閃電的電開冷氣


雖然已過立秋, 卻是爭秋奪暑、「秋老虎」肆虐之時, 家中開冷氣就難免了。有朋友在拙作中留言: “夏天多行雷閃電, 如果可以收集到閃電的電用來開冷氣, 就很環保了。

這肯定是個好主意, 但需要先從電的來源說起。


閃電的電是在積雨雲中產生, 當累積到一定限度, 就發生放電, 出現閃電的現象。據天文學家估計, 全球一年大約有14億次閃電, 即平均每秒鐘有44每次閃電的能量, 約為500 Megajoule(焦耳), 如果能全部收集到, 能夠作甚麼用呢?


Megajoule 是用在科學及工程設計上的能量單位, 對我們一般市民顯得很「離地」, 但若說是0.28「度」電, 大家就會心裡有數了, 500 Megajoule 約是140「度」電。

一般住戶每月在燈光照明、各種家電的用電量, 平均約為200「度」, 在最熱、需要開冷氣的幾個月中, 會大增至約800「度」, 相差600「度」, 以每個月30日計算, 即每日開冷氣約用20「度」電, 一次閃電的能量, 就夠一個住戶七日開冷氣之用, 看來不錯。


看深一層, 全球每年的14億次閃電, 分佈極不平均, 有不少「冇雷公」的地方, 也有世界上閃電發生最多的地方, 如南美洲委內瑞拉的馬拉開波湖, 每年平均有300天有閃電發生, 共約1,000,000! 還有的是, 只有1/4, 即約3.5億次閃電「劈」到地面, 有可能被收集。現假定14億次閃電都是平均分佈在全球之上, 包括陸地、高山和海洋。地球的總面積為510,000,000 平方公, 而全香港包括陸地和海面的面積約為1500平方公, 由此計算, 全香港每年應有1030「劈」到地面的閃電。


不過, 香港位於亞熱帶, 有典型的海洋性亞熱帶氣候, 每年的夏季, 經常有積雨雲形成, 造成閃電。據香港天文台在20062015十年紀錄, 香港每年平均有41,000「劈」到地面的閃電, 即使能收集到全部的能量, 也只41,000個住戶七日開冷氣之用, 287,000個住戶一日開冷氣之用, 佔全香港2,500,000住戶的11%。又假定每個住戶一年開90日冷氣, 則所有閃電的能量, 只夠提供0.13%的冷氣, 微不足道, 根本沒有收集的價值。


有朋友說, 開冷氣本來就不環保, 那麼我們試試利用閃電的能量來煲水冲茶。先將一公升水, 從香港每年的平均溫度23, 煲至100, 需要0.322 Megajoule的能量, 41,000「劈」到地面的閃電的能量, 可以煲6,400,000公升的水, 如果一公升水可以冲4杯茶, 就可以冲256,000,000, 全香港7,000,000市民每個人分得36, 即每個人每10日才可以有一杯! 還不錯吧!


在香港, 「劈」到地面的閃電已遠高於平均值, 而且人口密集, 尚且不值得收集閃電的能量, 其他地方, 更不值得考慮了。


Johann Strauss II - Thunder and Lightning Polka

2017年8月3日 星期四

雷公如何「劈」


清晨的一場雷雨, 為多天來的酷熱降降溫, 雨勢雖然不算大, 但行雷閃電歷時數分鐘, 亦可幸沒有因「雷公劈」而造成破壞。

「雷公劈」是由閃電造成。閃電是大自然的奇觀之一, 特別是在黑夜中, 閃電的光芒劃破長空, 剎那間可以把大地照得光如白晝。閃電的形態, 粗略看去, 是一道強光, 似蛇一樣擺動前進。記得在兒時, 祖母告訴我們那是「火蛇」, 「雷公」騎在其上去「劈」人、懲罰壞人, 因為其速度快, 所以壞人一定「走唔甩」, 「走到天腳底」雷公都會追到。

在不久前的拙文中已提到過行雷閃電是如何形成的。在積雨雲中, 上升的水滴與下墜的冰粒碰撞摩擦而令彼此帶電荷, 水滴帶正電, 冰粒帶負電, 因為水滴較輕, 被急速上升的氣流推上雲的上層, 冰粒較重則在雲的底部, 因而雲的上層帶正電, 雲的底部則帶負電。當電負荷逐漸累積, 雲底部的負電會會對之下的地面產生正的誘導電荷, 形成兩者之間的電位差, 雖然之間的空氣不是良好的導電體, 但當電荷累積到一定程度, 電位差足夠大去克服空氣的電阻, 雲底部會向地面放電。

放出的電荷不是一條直線般的射向地面, 而是分成很多「節」的, 每「節」的長度約50公尺, 即約一個標準泳池的長度, 視乎當時的空間、地面和多種的環境因素, 在空氣中劃出一道強光, 一節節的以各種形態向地面進發, 途中在本來不是良好導電體的空氣中, 形成一條導電的「路」, 過程的時間約一至兩秒, 甚至更長, 可以用肉眼清楚看到, 就是一般看得到的閃電過程。

當負電荷到達地面, 輪到地面以正電荷來「中和」雲的負電荷, 因為負電荷已在空氣中形成一條導電的「路」, 正電荷向雲的「回禮」時的速度可以快500, 約為光速的1/3。這個「回擊」的過程, 因為極快, 不可以用肉眼看到, 在極短時間內的電流, 會令週圍產生極高溫, 造成破壞, 這個「回擊」, 才是閃電的真正「戲肉」, 但可惜卻不能看見。

閃電最普遍的破壞, 是令地面的草地、樹木著火, 造成山林大火, 每年在地球上很多的山林大火, 都是由閃電引起的。這可能是大自然其中的一個「循環再造」的過程, 因為大火過後, 「春風吹又生」。

2017年7月30日 星期日

為何蜘蛛吊絲而下不會旋轉


一連三個星期, 從電視上看了三集已超過十年前的超級英雄電影Spider Man(蜘蛛俠), 對影片最深刻的印象, 就是那一句“With great power comes great responsibility”

當年很多看過的同事、朋友, 都集中討論那些違反基本物理定律的「飛簷走壁」場面, 特別是無外在輔助動力, 從高而下可以快過地心吸力的加速率, 追上已經先跌下的人或物體。

何必太認真呢, 那並不是科學教材記錄片, 只是漫畫故事的電影版而已。不過有一種場面, 看來是不合乎現實, 但卻合乎科學, 那就是當蜘蛛俠用蜘蛛絲吊著身體, 從高處向下降落時, 身體能保持在一個垂直的平面上而不會左右轉動。

在現實中, 當用單一條繩吊起一件物體時, 物體會連同繩左右來回旋轉若干次, 視乎繩的粗幼、物體的大小和重量, 經過一段時間之後, 最終都會停下來。這種現象給需要如此處理物體帶來麻煩, 但卻無法解決, 唯有避免用單一條繩來吊物體, 在無可避免的情況下, 以另一條繩縛在物體的一端, 來控制其旋轉。又如警察或軍隊的突擊隊員, 從直升機游繩而下, 也會出現同樣問題, 解決的方法是盡量用較粗的繩、和盡快降落到目標處, 以減少旋轉的時間和幅度。

但蜘蛛從高處吊絲而下, 卻不會出現此問題, 蜘蛛絲不會令蜘蛛在空中左右旋轉。研究人員用蜘蛛絲做實驗, 將蜘蛛絲向左或右扭約180度然後放開, 蜘蛛絲只是「回彈」到約70度之處就立刻停下來, 不會來回旋轉, 蜘蛛從高處吊絲而下, 就不會被轉到頭暈, 也可以保持專注去留意獵物或敵人。

蜘蛛絲的這種特性, 是源自其表面上的特殊結構。蜘蛛絲是由蜘蛛「即時」生產的有機物質, 含有兩種結構不同、卻連在一起的蛋白質, 在絲的表面形成多條更幼的細絲。一種蛋白質的結構如快熟麪的「麪餅」, 另一種則如一條鍊, 在頭尾將兩塊「麪餅」連在一起, 而形成一條細絲。「麪餅」有彈性, 在受到拉力時, 可以伸延, 令蜘蛛網不容易因風吹、或捕獲的獵物掙紮而斷開。而鍊狀蛋白質沒有彈性, 在受到外力時, 結構立刻會被破壞和變形, 吸收了外力, 不會「彈」回原狀, 蜘蛛絲就不會來回旋轉了。

蜘蛛絲的這種結構, 如果可以應用在製造繩子方面, 就可以解決很多現時因來回旋轉而導致的問題, 有不少是與生命攸關的專業, 如突擊隊員、降傘兵、拯救人員、抹窗工人的吊繩等。對於我們一般普通人, 可以解決每天都會碰到的小麻煩, 就是手機耳筒的插線, 可免在收起後總是打了很多個結, 下次再用時要花不少功夫去解。

想起一句急口令: “隻黐線蜘蛛條絲黐住枝樹枝

還有Willie and the City Band(威鎮樂隊)的《好大個網》。

https://youtu.be/3pMNEAGfztc

2017年7月20日 星期四

「冇雷公咁遠」, 究竟有幾遠?


受颱風外圍環流影響, 過去幾日連場大雷雨, 有些時間雷聲連綿超過五分鐘, 閃電不斷, 伴隨而來的大雨在閃亮中登場。

中國傳統神話中有雷公, 那些做了傷天害理壞事的人, 雖然世間上的人對他們莫奈何, 但最終會有報應「天, 其中一個方式就是會遭「雷公劈」, 如果想逃避, 就要跑到雷公去不到的地方, 但雷公是天神, 無遠忽至, 連雷公都去不到的地方, 就是「冇雷公咁遠」,一定是很遠了。

中國神話中的「雷公」, 是男性的天神, 他的伴侶是女天神「電母」, 他們是一雙一對的, 所以我們常常會說「行雷閃電」, 把兩種現象連在一起, 在現實中, 行雷和閃電往往都是伴隨在一起。雷聲, 是因為閃電而造成, 也是在閃電之後而來, 有時因為距離太遠, 只能見到閃電而聽不到雷聲。

其實雷公只是「得把聲」, 真正替天行道、教訓壞人的「劈」, 是由閃電來執行, 「行雷閃電」的破壞, 也是閃電所造成的。想要知道甚麼地方會是「冇雷公」, 首先就要知道雷公會在甚麼地方出現。

「行雷閃電」多發生在夏季, 特別是在下午的太陽很猛烈, 把地面曬得很熱, 近地面的空氣受熱而急速上升, 到了某個高度, 空氣中的水份遇冷而凝結成水滴, 累積起來而成為雲。當有更多水滴凝結成, 會互相依附而變成更大的水滴, 重量增加, 掉下來而成為雨。但在掉下的途中, 會被急速上升的氣流再推上更高的天空中, 那裡的溫度有可能是在零下10度或以下, 水滴會變成冰粒, 重新再掉向地面。在掉下的途中, 溫度漸高, 冰粒表面融解, 冰粒變得更小更輕, 又再次被上升的空氣重新推上高空, 在過程中, 會和正在掉下的冰粒相遇, 依附在一起, 變得更重而又再掉下。這個過程會反複多次, 冰粒越來越大, 直到上升的空氣無法再推上, 最終掉下。在接近地面時, 上升的熱空氣將之融化而成雨水, 沒完全融化的冰粒, 就是「冰雹」。

水滴和冰粒在雲層裡反複上升和掉落的過程中, 互相碰撞和摩擦而產生電荷, 雲層與地面之間也出現電壓差。當電荷累積達到一定的水平, 電壓差超過某個特定數值時, 會出現局部放電的現象, 產生閃電的閃光。同時電力將週圍的空氣急速加熱而膨脹, 產生如爆炸的聲音, 就是行雷的雷聲了。

這一連串的現象, 都是因為空氣上升和水滴、冰粒落下而造成, 環境就是在大氣層中最接近地面的對流層中。對流層的厚度, 約是十公里, 即約一萬公尺, 在其之上, 是平流層或同溫層, 稀薄的空氣只是作水平流動, 沒有空氣對流, 就不會有雲, 就不會有雨, 就不會有「行雷閃電」, 是「冇雷公」的地方。可是若要在該處逃避雷公, 亦不容易, 首先是要不停的飛, 而且空氣稀薄, 溫度在-50以下, 相信無人能捱得很久。

若然平流層太高太難捱, 可以考慮到地球上一些只會下雪而不下雨的地方。因為在下雪時, 一定是寒冷的天氣, 地面不會有急速上升的熱空氣, 就不會形成上升和掉下的水滴和冰粒, 不會產生電荷, 就沒有「行雷閃電」了。地球上的那個地方,  就是全年氣溫都在-15以下、終年積雪、氣候環境極端惡劣的南極了。

避到「冇雷公咁遠」? 平流層或南極, 任君選擇。

2017年7月3日 星期一

窗戶的矛盾


清勁的南風, 伴隨著大雨, 為多天來的酷熱降降溫。但這只是室外溫度而已, 為了避免雨水打進室內, 不得不關上窗門, 如此一來, 享受不到清勁的南風, 還得開著冷氣, 否則在溫室效應下, 室內只會變得越來越熱。

在六、七十年代時, 常常看到一些唐樓分租房間招租的廣告, 賣點往往是「光猛」, 表示該房間是有窗的, 可以減少開燈的電費, 夏天也可以少開風扇。

窗門的基本作用, 是讓新鮮空氣流進室內, 並引進天然光線, 但以上的情況, 已令窗門失去了第一個作用。現時很多住宅, 都面對大馬路, 噪音、污濁的空氣, 也令有窗開不得。若猛烈的太陽直射進室內, 還得拉上窗簾, 再失去第二個作用。

記得以前居住過的地方, 夏天最高溫度會超過40, 而冬天最低溫度卻是-5度以下, 一年中有如此大的溫差, 窗戶的設計是進退兩難: 大面積的玻璃窗門, 可以在寒冷的冬天時, 讓更多的太陽曬進室內, 令室內溫暖, 可是在晚上, 當需要開著暖氣時, 玻璃窗門卻是損失暖氣的最大途徑。相反, 在炎熱的夏天, 玻璃窗門又是外面熱力傳入室內的最大來源。面對這種矛盾, 解決的方法, 就是用深色、質料厚重的窗簾, 用以作為隔熱體, 阻擋熱力通過玻璃窗門流出流入, 保持室內恆溫。

「窗口位」在差不多所有的情況下, 都是最受歡迎的位置, 特別是在辦公室中, 更是「身份像徵」, 但很多人卻敬而遠之, 最多的原因是光線問題, 眼睛受不了, 其次是溫度。

在光線方面, 因室內較暗, 眼睛的瞳孔會放得較大, 以收集更多的光線, 可是在白天的室外, 會比室內的光線強得多, 已經放大了的瞳孔, 令眼睛被迫收集過多的強光, 令人有眼睛刺痛, 頭暈目眩的感覺。有些人的反應卻是相反, 室外強光迫令瞳孔縮小, 當要看辦公桌上的文件時, 會發覺好像光線不足一般, 容易做成疲勞了。在大機構的辦公室, 解決的方法, 是在「窗口位」處加強照明的燈光, 以「拉近」室外與空內的光線強度。

在溫度方面的理由很明顯, 一年之中最少有六個月, 室外的溫度都比室內的高, 熱力從窗外流進來, 像是在火爐旁工作。在大機構的解決方法, 是在近窗的地方, 加密冷氣的風口, 另外沿著窗邊設「風閘」, 讓冷氣在窗邊垂直吹下, 阻隔和抵消室外的熱力。可是如此一來, 卻令「窗口位」變成辦公室中的「寒帶」地區, 不但比其他地方溫度更低, 而且還不停的吹著「寒風」, 很多人都受不了, 就是穿著毛衣、外套等, 也被寒風吹得頭暈頭痛。

一些所謂甲級寫字樓的商業大厦, 外牆全是玻璃幕牆, 因光線和室內溫度, 得花更多的能源在燈光照明和冷氣, 實有違「環保」的原則。

2017年6月17日 星期六

炎夏中的矛盾


人皆苦炎熱, 我愛夏日長”,  出自唐朝第十四代皇帝唐文宗李昂, 相信因他貴為九五之尊, 無需在炎夏中作體力勞動的工作, 才會有此「晒命」之言。柳公權和應他的薰風自南來, 殿閣生微涼 就一語道破, 也點出在當時夏日的氣侯概況。



連續多天的高溫酷熱, 最佳消暑之法, 莫過於躲在家中開冷氣。用個「躲」字, 確不為過, 為了不讓冷氣外洩, 需把門窗關上, 這還不夠, 遇上太陽從窗外曬進室內, 還需拉上窗簾, 如此一來, 就是在大白天, 室內也變得如暗室, 人就像「躲」在清涼的山洞裡了。但若要在室內工作, 則又需要開燈。



這是很予盾, 室外明明艷陽高照, 卻要拉上窗簾再開燈, 更搞笑的是,  香港的夏日, 通常都會吹著從海上而來清勁又清涼的西南風, 若居室的窗戶面向西南, 應該十分受惠, 但整個下午, 「西斜」太陽從窗外曬進來, 直至七時後落山為止, 因而被迫放棄免費又環保的西南風, 而「躲」起來開冷氣。



更奇怪的是, 在外面30多度的高溫下, 辦公室中的冷氣調校到20度或甚至更低, 否則一眾畢挺西裝恤衫領帶的男士們, 仍可能會汗流夾背, 可是女士們剛好相反, 一般夏日所穿的衣衫都比較單薄, 20度的溫度中, 不得不穿上冷氣褸甚至毛衫來保暖, 情況有如「開打冷氣打邊爐」一樣。



還有是現今世代的學生也太幸福, 課空可以有冷氣, 但很多學生也是受不了, 需要穿著毛衫、背心, 卻在午飯時離開學校時, 不知是否忘記除下或是別的原因, 仍然穿著毛衫、背心走到烈日下的街上, 實屬一奇景。



記得在少年時代, 家住公共屋, 那時不知冷氣是何物, 惟鄰居之間的關係比現時的密切得多, 人與人之間的互信也比現時高得多, 雖不至可以夜不敝戶, 但彼此的環境都差不多, 也不擔心會有甚麼損失。在炎夏中, 一條長走廊兩旁的各家各戶, 都打開大門, 空氣得以流通, 能受惠於清涼的西南風的住戶, 也樂意通過此方式與鄰居分享清風, 大家都無需在家中開風扇。其實在空氣流通的情況下, 分享出去的清風越多, 反而有更多清風吹進屋中,利己也利人。



想起Lam的林子祥的《紅日我愛你》。




2017年6月14日 星期三

100 – 1 = 0


大概在三星期前, 網上傳來一則訊息, 近幾天也接連從不同群組中, 收到同一則訊息。原文如下:



家長會上,老師在黑板上做了這四道題:

2+2=4
  4+4=8
8+8=16
9+9=20

家長們紛紛說道:「你算錯了一道。」

老師轉過身來,慢慢地說道:「是的,大家看得很清楚,這道題是算錯了。可是前面我算對了三道題,為什麼沒有人誇獎我,而只是看到我算錯的一道呢!」

😊老師接著意味深長地說:「家長們,教育的真諦不在於發現孩子錯誤之處,而是賞識他們做得對的地方!
孩子如此,
成人亦是,
共勉之!

😊做人也是這樣,你對他百次好,也許他忘記了;一次不順心,也許會抹殺所有!
這就是100-1=0的人性道理

😊其實家裡親人之間又何嘗不是常常犯同樣的錯呢




在職場中, 老闆、上司只會記著職員、下屬所犯的錯誤, 對他們所做得好的工作, 視為本份, 是應該的。即使當年他們還是職員、下屬之時, 是不喜歡這種態度, 但今時今日, 卻用著同樣的態度。

這是100 + 1 + 1 +………+ 1 + 1 = 100?

常常聽到: 「那個人很好, 在超市裡幫我從頂層貨架上拿一個礶頭下來」, 或是: 「有個年青人很好, 在地鐵中讓座給我」。至於經常對自己照顧得無微不至的身邊人所做的, 卻感到是茲擾和麻煩。

這是 0 + 1 = 100?

在粵語殘片中, 奸人堅壞事做盡, 在故事結束時, 卻只是一句「黃師傅, 我知錯啦」, 就可以全身而退。「馬上放下屠刀, 立地可以成佛」, 那邊廂卻有「千年道行一朝」。

這是 0 + 1 = 100……00?

1986年,由張艾嘉執導及編劇,張艾嘉繆騫人林子祥演的電影最愛》中, 林子祥有一段很好的內心戲, 獨白的內容大概是: 「成世人在努力維持要做個好人, 在家中要是個好仔, 在學校中要是個好學生、好同學, 在外面要是個好同事、好朋友, 只要有一點兒差錯, 就會英名盡, 真的感到很累。」

有一天, 奸人堅被人見到在路上拾起一條蕉皮, 那怕他的原意是想把那蕉皮放到其他地方去整蠱人, 但那個見到他的人, 卻會津津樂道的向各人說奸人堅今天做了件好事。

一句「知錯」, 黃師傅原諒了奸人堅, 那些被他欺負的人, 感受會如何呢? 放下屠刀, 立地成佛, 對那些被「屠」的生靈又如何呢?

我們還是應該正面地做好自己, 管得他 0 + 1 = 甚麼。但仍然唏噓有多少 100 – 1 = 0, 甚至

1000 – 1 = 0!

10000 -1 = 0!!

100……00 – 1 = 0!!!