物理学史论文（一）

　　物理学史论文范文：物理学在建筑节能的应用

　　摘要：在中国的能源消耗排行榜中，建筑耗能位居榜首，而且随着经济发展的加剧，能源的消耗与日俱增，我国每年建成的房屋总共有16-20亿平方米，超过了所有发达国家年建筑面积的综合，这些建筑物95%以上属于高能耗建筑，且建筑单位面积的能耗差不多是发达国家能耗的三倍。

　　关键词：物理学;建筑节能

　　一、物理学知识在建筑节能中的运用

　　(一)以物理手段实现太阳光照明

　　经医学专家研究证明，太阳光可以降低诸如忧郁症、慢性疲劳综合征之类疾病产生的几率，采用物理方法将太阳光引进室内不仅可以增加晒太阳的机会，更有利于人的身体健康。在没有机会到户外享受阳光的时候，采用导光管装置就能将阳光引入室内，它主要是通过物理学中的反射原理传递光线，但是光线的每一次传递都会造成能量的损失，这种导光管装置不适合长距离的光线传递。物理学家爱德曼兹发明了一种神奇的装置，这个装置的主体是一个塑料控板，控板上安装了许多由激光切割而成的镜片，这些镜片按照一定的规律进行排列，当太阳光照射到塑料控板上时亮度便会增强，然后传递到每一个角落。许多科学家开始将研究的重点放在彩色荧光塑料上，他们试图采用荧光塑料来采集阳光，这项研究的原理是：白色是由红、绿、蓝三个颜色组合而成，科学家们尝试将由这三种颜色的塑料收集到的阳光进行重新组合，然后就形成了人类生活中所需要的白色太阳光。通过这种物理手段形成的太阳光所发出的亮度相当于两个75瓦灯泡所发出的亮度。

　　(二)利用太阳能取暖

　　要利用太阳能进行取暖就必须选用热阻和吸热系数较大的材料，热阻是指材阻挡能量进行传递的能力，吸热系数是指物体本身吸取热量的能力。在传统热学工艺中这种方式较为常见，为了满足工艺需求一般使用热阻与吸热系数较高的材料，在减缓热量传递的同时最大限度地吸收热量。太阳能是取之不尽用之不竭的，充分利用太阳能不仅有利于节能，更有利于降低环境污染，建筑选址最好是选择阳光充足的地方，有利于阳光的接受。建筑中的玻璃选用热阻与吸热系数较大的材料能够有效地进行能量储存，这些材料在白天吸收大量的热量，然后使用储热墙或者其他储热工具将热量储存起来，在夜间温度降低时这些储热工具便可释放出热量，增加室内温度。对于冬冷夏热地区的建筑，要组织调温，窗外应当设有可以操控的遮阳设备，夏日温度较高时这些遮阳设备可以阻挡高角度阳光的照射，冬季温度较高时这些遮阳设备又可以将低角度阳光引进室内;也可以在遮阳装置中安装双层玻璃，在冬季档有日照的时候双层玻璃的吸热作用能够提升室内温度，晚上关闭反射膜或者百叶窗，能够有效的组织热量的散失，起到保温节能的作用。

　　(三)纳米技术在建筑材料中的应用

　　纳米原本只是一种计量单位，当某种材料的粒径小于100nm时，它便可以称作是纳米材料。纳米技术是上世纪八十年代兴起的新兴技术，制作具有小粒径材料的技术就是所谓的纳米技术，纳米科学是原子物理、量子物理等多种学科的聚集点，纳米材料具有体积尺寸小的特性，从而就成就了它不同于一般材料的特质，如纳米材料具有表面效应、体积效应、宏观量子隧道效应等特殊性质。纳米技术在混凝土生产中的应用能够有效地提高混凝土的强度，通过对碱骨反应的抑制能够有效地提高混凝土材料的耐久性。由于纳米材料具有量子尺寸、光催化效应等性质，因此采用纳米技术制作而成的混凝土具有分解有毒物质、净化空气的功效。纳米材料的其它功能能够制成不同功能的混凝土材料，如能够进行智能报警与自我修复的纳米材料。纳米材料的特殊性能能够使材料的刚度、强度、韧度等发生变化，利用这些特殊的性能就可以生产出各种不同的材料，如弹性水泥、延性水泥，抗菌陶瓷、保温隔热玻璃、抗菌塑料等具有高性能的材料，这些材料不仅能够提高建筑物的使用性能，更能降低建筑物的能耗，有效的降低因能源消耗而造成的环境污染。

　　(四)毛细现象在建筑设计中的应用

　　当液体接触到具有细微裂缝的物体或者具有较小管径的细管时，就会沿着裂缝与细管上升或下降，这种现象就被称作是毛细现象。毛细现象是由于分子间相互作用而产生的结果，纸张吸水、地下水沿着细缝上升等都属于毛细现象，这种现象在建筑中的应用能够解决许多难题。例如在装有空调的室内，无论是夏天的冷风还是冬天的热风都会使人感觉不舒适，这主要是由于空调吹出的“风”会带走人体的水分，从而引发脱水等“空调病”，而新型建筑中的温控装置则用水这一传热载体取代了传统建筑中的空气，这种新型技术能够有效的降低人体的不适感。这一技术正是使用了毛细现象的原理，建筑物的天花板上布满了网栅，它是由一根根细小的毛细管组成，这些毛细管纵横交错形成一张网，毛细管中流通着水，冬季温度较低时发电所产生的余热使管中的热水不断流动，热水的流动使室内温度上升，发电所产生的余热又使管中的冷水不断流动，从而降低室内温度。采用毛细现象制成的制冷系统大大优于传统的制冷模式，不仅能够降低能耗，更能降低身体的不舒适感。

　　(五)太阳墙技术的'应用

　　太阳墙技术的应用实际上是太阳能技术应用的一个范畴，太阳能可再生、环保、便宜等特性一直是能源研究专家观众的焦点，人们不断开发探索新的途径来实现对太阳能的利用。采用太阳墙空气集热器可以回收墙体的散热，解决新风的预热问题，在增强室内空气供给量的同时能够有效的节省能源。制作太阳墙主要采用镀锌钢薄板或铝制薄板，这些薄板外拥有许多褶皱和小孔，薄板的表面颜色较深，这些板材一般安装在距离建筑外墙20厘米的地方，并和建筑物顶部的遮雨板连接在一起形成太阳墙即热系统一个组成部分，另外一个部分由室内风机与管道组成，这两大部分就构成太阳集热系统的整体。其中薄板上的褶皱主要是用来增加板材的强度，褶皱可以根据需要的不同而设计不同的形状，板材上孔洞的数量以及分布规律则是根据实际需求确定，这主要要考虑到建筑物的功能、特点、所处地理位置、阳光充足程度等。冬季，空气通过板材上的孔洞进入集热墙，空气在流动的过程中汲取板材上吸收的热量，随后空腔的温度上升，空气就受到气压的作用进入沿着管道进入各个房间，为房间供暖;在夜间可以用风扇将由室内散失到空腔中的热空气重新扇回室内，这样既能为房间供暖，又能够为房间不断输入新鲜空气。在夏季则停止风扇的运作，室外的热空气从孔洞中进入空腔，然后又沿着空腔上端和周围的空隙流出，空气源源不断的在空腔内流动，不仅带走了室内的热量，也阻挡了热量进入室内。

　　二、物理学知识在世博馆建设中的应用

　　随着传统能源的日益枯竭，环境的日益恶化，人们将更多的目光集中到节能型建筑上，中国20XX年第41届上海世博会上低碳节能型场馆成为了全世界瞩目的焦点，其场馆建设中许多技术与知识都和物理学息息相关。

　　(一)马德里竹屋和空气生态树

　　从名称上就可以知道马德里竹屋建筑材料同其它场馆的不同之处，其外墙用一层厚厚的竹窗进行覆盖，竹窗由纵横交织的竹子编制，在空气清新的早晨将竹窗打开既可以更新室内的空气又能降低温度，在中午将竹窗关上能够抵挡热量的进入但又不会闭塞阻挡室内的空气流通，竹子由于其空心的特质能够起到很好的隔热与保温效果。空气生态树整体是由钢铁构建而成，其外观为十边形，整个场馆的直径为12米，空气生态树内部安装有可以自动开合的百叶窗与直径为7米的大型“引风机”，建筑物顶端安装有太阳能电池板，整个建筑可以实现能源自给，不必消耗额外的能源。生态树外围用黑色遮阳网遮挡阳光，虽然白色遮阳网能有有效地反射太阳光，但由于遮阳网表面不平整，太阳光在其表面会形成漫反射，白色遮阳网不利于散热，而黑色遮阳网则能吸收太阳光，同时遮阳网的结构又能有效阻挡热量的扩散。

　　(二)伦敦零碳馆

　　伦敦零碳馆最为特别的就是安装在建筑物顶端的可以自由转动的风帽，由于夏天上海的温度较高，空气很难进入室内，风帽的自由转动就能将室外的新鲜空气引入场馆中。另外工作人员将黄浦江底层的水通过管道引入场馆下方，底层的江水温度较低，用于对空气降温再好不过，由风帽采集而来的新鲜空气经过江水的降温后就被输入场馆中。热空气中的水蒸气较多，会使人感到沉闷，经过江水冷却后空气中的部分水蒸气会液化，空气湿度相对较低。零碳馆还采用了许多技术用于节能减排：屋顶铺设的太阳能电池与热水器能够有效的将太阳能转化成热能，供给室内的能量需求;场馆玻璃上安装的太阳能电池不仅能够增加室内的光亮度，又能为室内提供必要的电能;场馆外墙上涂有荧光材料，白天墙壁能够吸收太阳能并将其储存起来，到了夜间就能发出光亮用于照明。这些节能技术基本上都是建立在物理学的基础上，诸如太阳能电池、荧光涂料等能够有效降低场馆的能源消耗。

　　(三)汉堡之家馆

　　汉堡之家馆外形就如同是四个打开的抽屉，这个场馆的神奇之处就在于它能够不消耗任何的能源而使场馆的温度永远维持在25℃左右。汉堡之家之所以具备如此生气的功能主要就在于其建筑中使用热传递与新能源。汉堡馆的朝向同一般建筑物有很大区别，它的整体设计是坐北朝南。设计师为了扩大北面墙体的面积，将北边一大部分墙体向抽屉一样向外延伸，而南向则采用了百叶窗与遮阳网的设计，这样的设计既能保证场馆内的光亮程度，又能有效地避免阳光直射，减少场馆的受热面积。汉堡馆的墙体有三层结构组成，其中设有很好的保温层，能够有效地阻挡室外的热量进入场馆内部;汉堡馆的每一块玻璃都是双层结构，其中充满了惰性气体，不仅能够进行保温，同时还能有效地隔绝室外噪音;汉堡馆只要能量来源就是太阳能和地热，地热所采用的就是地下水冬暖夏凉的原理，冬季温暖的地下水能够给场馆供暖，夏季凉爽的地下水又能降低室内温度，而其中地下水的抽取与输送则完全有场馆顶部的太阳能电池提供。汉堡馆拥有完整的能源系统，完全不需要额外供电。

　　(四)新加坡馆

　　新加坡馆最为显著的特征就是场馆表面拥有许多开缝，这些开缝朝着不同方向延伸，场馆顶端一个横向的360度的大口子特别显眼。新加坡馆整体向内倾斜，下方的阴影带中不仅设有水池还有绿色植被，风从场馆上方的大口子吹入场馆内部，场馆顶端的空气流通速度同场馆内部形成极大的反差，由物理学知识可以知道空气流动迅速的地方具有较大的压强，这样场馆内部的热空气就从顶端的口子流向室外，而场馆外部的空气则经过阴影带流入场馆;空气流经阴影带时会使得阴影带中水分蒸发，变成水蒸气，而水分蒸发需要吸收热量，场馆内部的热量就这样被阴影带降低，所以场馆内部即使没有开设空调也可以很凉爽。

　　三、总结

　　在中国的能源消耗排行榜中，建筑耗能位居榜首，而且随着经济发展的加剧，能源的消耗与日俱增，我国每年建成的房屋总共有16-20亿平方米，超过了所有发达国家年建筑面积的综合，这些建筑物95%以上属于高能耗建筑，且建筑单位面积的能耗差不多是发达国家能耗的三倍。在这种形式下，相关部门迫切需要采取必要手段降低建筑物的能耗，以低能耗作为建筑设计的核心思想。建筑与物理学有着密不可分的关系，建筑学的理论与思想基本上都来源于物理学知识，物理科学在环保建筑中的应用能够有效的降低能耗，20XX年中国世博会的成功也证明了这一点，世博会建筑的核心思想就是低碳、低能耗，而物理知识的应用恰恰就帮助其实现了这一目标，相信物理技术在今后势必会更多的应用与建筑节能，为社会的可持续发展做出巨大贡献。

　　参考文献

　　1、拟态物理学优化的认知无线电网络频谱分配柴争义; 王秉; 李亚伦物理学报2014-11-23

　　2、21世纪地球物理学的机遇与挑战滕吉文地球物理学进展2004-06-30
物理学史论文（二）

　　【摘要】

　　近几年需要安检的地方越来越多，安检技术也越来越重要，它对危险品的勘测是预测爆炸恐怖事件的重要环节。安全检测技术中离不开物理学原理，介绍了常用在安全检测中的物理学原理如X射线原理、太赫兹光谱原理、γ射线原理等，最后介绍了还未成熟但是未来发展趋势的人体生物识别方法。

　　【关键词】

　　安全检测;危险品;物理学

　　安检技术现已成为科学界的研究热点之一，在多领域的科学家的努力下，研究出了很多检测方法，为世界和平做出了很大的贡献。其中运用了物理学原理的技术应用最广，性价比也最高，下文中将介绍一些常用原理。

　　1X射线原理

　　X射线是由德国物理学家伦琴发现的，波长为0.01～10nm较短，但能量却很大，也常用于现在的医学成像检测。它的原理是利用射线穿过物质时发生的产生光电子及光子散射等物理反应，这时会导致很多入射光子被物质吸收。假设一束初始强度为I0的X射线(或γ射线)穿过厚度为d的均匀物质后，其强度减弱为I=I0e-μd。式中μ是物质的吸收系数，它是物质本身的性质，只在物质的成份、结构及密度等因素变化时随之变化。比如说一位旅客将其行李包放在安全检测台上，用X射线对这个行李包进行照射，根据上式测得衰减后的X射线强度和其他物理量，就会得到包里各物质的吸收系数、密度等信息，经计算机特定算法处理，可以让行李包的内部情况的图形反映出来，并将所测得的数据与在此之前预存的危险品有关数据进行比较，就可判断包中是否含有违禁物品。以上是X射线的透视原理，X射线的反散射探测即康普顿散射效应也可以用于安检技术。康普顿散射效应指的是低剂量X射线照射在物质上时会碰撞出电子，当照射在低原子数的物质(如人体组织)时反弹回的电子较多，使用在显示器上会显示为亮点;而金属之类(如、刀具等)的物质原子数高，所以照射上以后碰撞出的电子少，会在监视器上显示为暗区。

　　2太赫兹光谱原理

　　太赫兹(Terahertz)是指频率在0.1至10THz范围内的电磁波，它的波长是0.03至3mm，在电磁波谱上的位置在毫米波与红外线之间，太赫兹波检测的原理因为是通过电磁波照射在物质上发生比如透射、反射、发射等等的物理反应，发射波或折射波可以反映出关于物质的大量信息。而且像爆炸性物质和这类物质基本上都是有机大分子，他们的振动和转动能级谱都处于太赫兹波段，所以极易用太赫兹波检查出来。太赫兹的特性也十分突出，其指纹谱性使之能检测出物质结构的微小变化和差异，可以检测出物质的特征指纹谱确定物质的结构及种类，非电离性意味着不会使生物分子产生电离，所以应用于人体检测也比较安全。其最大的优点就是强穿透性，它可以穿透甚至是像墙壁这种隐蔽性材料，所以可以对非金属、非极性材料覆盖的隐蔽物质进行非接触式检测，将在军事反恐方面发挥巨大的作用。

　　3γ射线原理

　　利用γ射线的'基本原理与X射线原理类似，而且由于γ射线的穿透力更强，生成的图像也更清晰，所以常用于检测大型货物，如安装在港口等地扫描货车等。γ射线成像探测器的优点很多，不仅穿透力强，成像效果好，而且体积小、效率高。

　　4核磁共振原理

　　核磁共振在医学扫描仪中更为常用，当磁矩不为零的原子核处于外加磁场中时，核磁矩会进动使其轴线描绘出一个圆锥面，进动时的旋转频率ωL与外加磁场强度B0有关，即ωL=γB0。式中γ为磁旋比，不同的核有不同的γ值。当核磁矩进动的旋转频率与投射在物质上的射频电磁波的频率一致时，核磁矩会吸收无线电波的能量而跃迁到激发状态，也就是发生了核磁共振，而被测物质的有关信息就可以通过核磁共振中有关核磁矩参数的分析得到。核磁共振原理应用到安检技术中称为四极共振分析技术，不过这种技术的效率没有X射线的高，所以没有X射线检测技术在安全检测使用方面那么普及。

　　5人体生物识别方法

　　每个人都是独一无二的，所以每个人的特征也可以进行识别，比如人们说话声音的频率各不相同、指纹与掌纹不同、还有眼睛中虹膜的不同也可以进行识别。若要对长相进行扫描，可以用监视器拍下目标的面部照片，然后测量面部一些曲线的角度，再数字化关键信息与目标的数据比较。现在影视剧中常出现的视网膜或虹膜安检技术也已成为现实，其中虹膜辨别更加可靠。虹膜是眼睛瞳孔外围的那一道彩色圆圈，人在出生一年半以后虹膜就会终生保持不变，结构十分复杂，其中的变量多而且千变万化，即使是双胞胎的虹膜也是不同的。但是人体生物识别技术还尚未成熟，因为它的稳定性一直得不到技术的保证。比如说人类的声音频率会因为生病等特殊情况发生变化，或故意作假;辨别指纹、掌纹时手要保持洁净干燥;若用红外相机扫描人的面部也要注意是否会因为体温变化使面部热辐射改变等等。

　　6结语

　　检测技术并非一成不变的，为了适应能够辨别日新月异的恐怖袭击手段，安检方法常常组合使用来加强检测效果。还有很多准确性与效率极高的技术尚未走出实验室进行实际应用，物理技术未来的发展也一定程度上决定了安检技术的未来。技术的革新也意味着更加和平的未来，希望物理学在安检技术中能贡献更多的力量。

　　参考文献：

　　[1]卢树华.基于太赫兹光谱技术的爆炸物类危险品检测[J].激光与光电子学进展,2012(04).

　　[2]翁诗甫.傅里叶变换红外光谱分析[M].北京:化学工业出版社,2010.
原文链接：http://www.jxszl.com/jlmb/fwmb/81468.html