为什么大气中氢气含量较少？ 《张朝阳的物理课》讲述“温度的故事”

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为什么坐飞机总犯困？为什么宇宙中氢元素极多，但大气中含量较少？11月26日12时，《张朝阳的物理课》第六期如约而至，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳继续坐镇搜狐视频直播间。这次他还特别准备，戴了一顶帽子，称希望打扮成19世纪数学物理学家、“热力学之父”开尔文的样子，和大家讲述“温度的故事”。

直播中，张朝阳回顾了前五期物理课涉及的现象和公式，包括牛顿定律、波动方程、绝热指数、单摆运动等，随即科普两个关于温度的概念：第一，温度决定两个物体接触的时候，能量的流向；第二，量度的时候，用自然界热胀冷缩的刻度来定义温度t。

讲到“用刻度定义温度”，根据开尔文的研究成果，张朝阳纠正了一个知识误区：月球背对太阳的地方，温度很低，甚至可能达到零下400℃。通过讲解，他告诉大家，实际上，温度是有下限的。物理学家确定的温度下限就是绝对零度，即零下273.15℃。

随后，张朝阳从“经验”角度推导理想空气的状态方程，并介绍了知名化学家、物理学家的观点。其中查尔斯定律描述压强随温度作线性；盖·吕萨定律提出，一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟热力学温度成正比；玻意耳定律认为，在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比；阿伏加德罗定律称，同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数。

建立在几位学者提出的定律基础上，张朝阳写出了理想气体状态方程，它是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、温度间关系的状态方程，可用pV=NKT，或者pV=nRT表示，式中：p为压强（Pa），V为气体体积（m³），T为温度（K），n为气体的物质的量（mol），R为摩尔气体常数（也叫普适气体恒量）。

（张朝阳使用“直播白板”，推导理想气体状态方程）

从“经验”导出公式后，张朝阳讲解理论、推导公式。通过计算，得到和上述通过“经验”推导的公式一样，由此打通了“经验值”和“理论值”两条路径。可以得知，温度就是分子的平均动能，温度直接对应于分子的平均动能。当压缩气体，就是对气体做功，能量增加，实际上传递到平均的分子上的速度加快了。压强升高，温度升高，体积也减小了，这是方程想要表达的。这也是蒸汽机的原理。

学会了公式，如何应用于现实问题？张朝阳尝试解决空气密度如何随着海拔上升而变化，以及飞机上氧含量的计算。他假定在高度0和高度h时，计算出了两种高度的空气密度，得出不同高度下，氧气密度的公式。并有结论：氧气含量随着海拔增加呈指数衰减。海拔升高2000米左右，氧气含量约减少四分之一。而飞机在加压加氧的情况下，基本相当于海拔2000米的高度，所以在飞机舱内，氧气含量减少四分之一。

最后，张朝阳解释了地球大气中氢气含量较少的原因。首先氢气轻，衰减慢，爬得高；其次和速度分布有关系，结合麦克斯韦速度分布，氢气的长尾速度超过第一宇宙速度、第二宇宙速度，地球吸不住它，就“逃离”了地球。

今天的直播课相比前几期，难度有所减弱。张朝阳建议网友看回放，掀起一个对于温度概念的讨论。实际上，网友还可通过“直播白板”复习。也有“课代表”将每堂课的笔记，发布在搜狐新闻客户端“关注流”上，便于网友查漏补缺。

自11月5日开始，《张朝阳的物理课》已直播六期。在第一、第二课中，张朝阳科普了“力”和“速度”，并现场计算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行的圈数；第三、四课的内容则一脉相承，和“振动”相关，科普了可见光的基本知识，解释了早中晚太阳颜色不一样的原因，以及天空呈现蓝色的秘密。第五、六课，则引发了关于音速和温度的大讨论。

《张朝阳的物理课》不仅解释了生活中常见现象背后的原理，还层层深入，将知识点落到物理公式上。他通过第一宇宙速度、第二宇宙速度、库伦定律、简谐运动等，层层递进，步步演算，得出了瑞利散射、单摆、物理摆的公式。

观察生活现象+解释背后原理+推导演算公式，结合六期《张朝阳的物理课》可以看出，直播课程都是从日常现象引入，先帮助网友理解现象，提升兴趣，接着“透过现象看本质”，解释物理知识，反过来解决生活中的问题。

这也印证着课堂开始的观点：“物理是算出来的，玄乎其玄的科幻概念和实证有区别。”张朝阳认为虽然物理并不轻松，但每个人不应该觉得自己可能学不会一件事而不去学，恰恰相反，聪明在于过程，看起来枯燥的物理知识如果经过分解后再理解，并不一定比生活中的事更困难。张朝阳鼓励网友应该打破思维的边界，科学学习，希望每个人都能对这个世界充满更多的好奇心与勇气。

据了解，在未来课程中，张朝阳还会探讨热力学。通过设置一个个话题，以深入浅出的讲解方式，利用物理学解释生活现象，达到专业人士认可，普通人能听懂的效果，借此激发科学学习的热潮。该课程将于每周周五、周日12时在搜狐视频直播。

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