我們之前在170期Q3介紹過(guò)微波爐的加熱原理。微波爐主要利用高頻振蕩電磁波使食物中的極性（液態(tài)水和油類(lèi)）旋轉(zhuǎn)，在不引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變的前提下達(dá)到內(nèi)能增加以及加熱的目的。冰糖是蔗糖經(jīng)過(guò)加水溶解等一系列操作，冷卻結(jié)晶得到的。冰糖加熱后內(nèi)部的結(jié)晶水振動(dòng)獲得能量，使得內(nèi)部甚至出現(xiàn)蔗糖水，而蔗糖水的粘度很大，散熱慢，因此導(dǎo)致冰糖微波加熱一會(huì)后會(huì)很好掰開(kāi)。 A射頻卡的主體是一個(gè)芯片，芯片連著一個(gè)線圈。要觀察這個(gè)結(jié)構(gòu)，可以打開(kāi)手機(jī)的手電筒功能，貼住飯卡，看光線透過(guò)卡的影子。當(dāng)然，小心拆開(kāi)可以看得更清楚。網(wǎng)上有許多拆卡教程，有些還把它改裝成戒指，可以看看。 飯卡和讀卡器的通訊本質(zhì)上是兩個(gè)線圈的互感。當(dāng)飯卡靠近讀卡器時(shí)，讀卡器線圈發(fā)射的信號(hào)會(huì)給線圈一個(gè)電流。這個(gè)電流既是一條詢(xún)問(wèn)消息，也是驅(qū)動(dòng)芯片的電流源。芯片通電的同時(shí)，收到詢(xún)問(wèn)消息，就可以作出應(yīng)答。應(yīng)答的信號(hào)通過(guò)線圈發(fā)回給讀卡器。如此構(gòu)成一個(gè)小巧的通信鏈，完成超短距離通訊。 復(fù)制鏈本身并不困難，知道了飯卡芯片的型號(hào)，就可以在網(wǎng)上買(mǎi)到，線圈也可以找導(dǎo)線自己繞。困難的是解讀通訊的內(nèi)容�，F(xiàn)在的射頻消息普遍經(jīng)過(guò)加密，當(dāng)密碼的信息量比消息的信息量大時(shí)，理論上無(wú)法知道讀卡器和飯卡之間在說(shuō)些什么。 A在思考這個(gè)問(wèn)題時(shí)我們可以建立一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，就是當(dāng)我們用同一種材料做成繩子時(shí)，如果做得中間細(xì)，兩端粗，那么我們從兩端拉繩子，那么最容易斷開(kāi)是細(xì)的——因?yàn)檠乩K子各處的張力是相等的，而細(xì)的地方承受能力更弱。如果這個(gè)問(wèn)題讀者明白了，那么我們就可以把包裝的邊緣想象成繩子（姑且稱(chēng)為“邊緣繩子”），而有缺口處就是比較細(xì)的（由于缺了一塊，所以單位寬度承受了更大的拉力），那么包裝的邊緣就更容易從缺口處裂開(kāi)。當(dāng)裂開(kāi)以后，那么又形成了更大的缺口（“邊緣繩子”的粗細(xì)之比就更大了），從而更容易從缺口處裂開(kāi)更大的缺口。于是，包裝紙就容易撕開(kāi)了。需要說(shuō)的是，這只是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的定性模型，實(shí)際操作過(guò)程中，“邊緣繩子”的粗細(xì)比是很大的，因?yàn)槲覀兺ǔ２粫?huì)拉住整個(gè)包裝，而是只拉邊緣的一點(diǎn)點(diǎn)，這就使得很結(jié)實(shí)的包裝紙只要出現(xiàn)了缺口拉開(kāi)都不是特別困難。其實(shí)這個(gè)原理在工程力學(xué)上經(jīng)常用到，在需要承受應(yīng)力的材料上，如果我們一定需要切口，也不常采用三角形缺口，而是寬窄變化更為緩慢的半圓等形狀，正是這個(gè)道理。 A反射光是“七彩”的是因?yàn)榘l(fā)生了光柵衍射。光盤(pán)泛著銀色光澤，這是因?yàn)樗膴A層中有金屬（如鋁、銀等）反光涂層。光盤(pán)之所以能記錄數(shù)據(jù)，是因?yàn)樗慕饘偻繉由�，用激光刻蝕出了許多凹坑，有凹坑與無(wú)凹坑之處反射率不同，從而可以被讀取為0和1。 這些凹坑的軌跡是螺旋狀排列的，局部可以近似看成是等間距的條紋，這就構(gòu)成了一種反射型的衍射光柵。假設(shè)螺旋軌跡的間距是d，我們從光盤(pán)的中心出發(fā)，沿半徑畫(huà)一條線，橫截面就可以下圖表示。 一束垂直入射的光經(jīng)過(guò)凹坑的反射，出射方向是θ，那么，發(fā)生的兩束光的光程差Δl=d·sinθ（如圖中紅線所示）。當(dāng)光程差Δl是入射光波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍時(shí)，即d·sinθ=n·λ（n=1,2,3...）時(shí)，兩束光相長(zhǎng)，強(qiáng)度較強(qiáng)。也就是說(shuō)，由于光柵的衍射效應(yīng)，容易觀察到的反射光被在了特定角度。 根據(jù)d·sinθ=n·λ，波長(zhǎng)λ不同的光，其容易觀察到的角度也不一樣。因此當(dāng)我們?cè)诎坠庀掠^察光盤(pán)時(shí)，就會(huì)觀察到色散的現(xiàn)象。 反射光以光帶的形狀呈現(xiàn)，可以簡(jiǎn)單地分析為：圓盤(pán)的不同部分，其光柵的方向是不同的，而同一徑向上的光柵方向是一致的。因此當(dāng)距離光盤(pán)比較遠(yuǎn)時(shí)，往往能在一個(gè)扇形區(qū)域觀察到顏色相近的反射光。 A貼紙內(nèi)部有一層反光涂層，通過(guò)模壓等方式，可以將全息圖轉(zhuǎn)移到反光涂層上，從而使貼紙呈現(xiàn)彩色效果，還可以復(fù)現(xiàn)栩栩如生的立體圖像。 制作全息圖的一種方法是利用雙光束原理，利用激光照射物體產(chǎn)生的光與分光鏡產(chǎn)生的同相位的激光在感光底片上疊加，底片上形成條紋，條紋的、條紋間距、條紋的深度綜合起來(lái)就記錄了物體的形狀，反射光的強(qiáng)度和相位信息。當(dāng)用參考光照射在全息圖上時(shí)，發(fā)生衍射，在某些特定的方向就會(huì)看到物體的再現(xiàn)像。 當(dāng)條紋的夢(mèng)見(jiàn)錢(qián)被盜間距與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在同一量級(jí)時(shí)，相長(zhǎng)的角度隨波長(zhǎng)變化較大，這時(shí)我們觀察到的色散現(xiàn)象比較明顯。 但是，具體到某一種材料，則不一定。從吸收的角度考慮，一種材料對(duì)不同頻段的電磁波的吸收能力是不同的，吸收能力越強(qiáng)，電磁波的距離就越短。吸收與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、發(fā)生的躍遷過(guò)程有關(guān)。比如轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷吸收微波波段的電磁波，原子間振動(dòng)能級(jí)躍遷吸收紅外波段的電磁波，原子外殼層能級(jí)躍遷吸收可見(jiàn)光波段的電磁波，原子內(nèi)殼層能級(jí)躍遷吸收X光-紫外波段的電磁波，內(nèi)殼層電離吸收硬X光。 因此，對(duì)于特定的材料，不一定波長(zhǎng)越短，穿透力越強(qiáng)。比如普通的窗玻璃會(huì)吸收90%的紫外線，但與微波基本不作用，那么波長(zhǎng)更長(zhǎng)的微波的穿透力就比紫外線強(qiáng)。 另外，長(zhǎng)波的繞射能力更強(qiáng)。我們平時(shí)用的WiFi頻段中，2.4GHz頻段隔墻的信號(hào)相比5GHz頻段的信號(hào)更好，這并不是因?yàn)?.4GHz的穿透能力更強(qiáng)，而是由于其波長(zhǎng)長(zhǎng)，波動(dòng)性更明顯，因此繞射能力更強(qiáng)。 A玩過(guò)熒光棒的人知道，熒光棒剛拿出來(lái)是直直的一根，不會(huì)發(fā)光，需要將它彎折幾下，讓里面封裝的固體破碎，才能發(fā)光。熒光棒塑料外殼里面的固體其實(shí)是一根中空玻璃管，玻璃管內(nèi)有過(guò)氧化氫，玻璃管外有酯類(lèi)化合物（一般是草酸二苯酯或者它的衍生物），另外還有一些熒光染料。當(dāng)把玻璃管弄碎使過(guò)氧化氫和酯類(lèi)化合物發(fā)生反應(yīng)能量，而這部分能量會(huì)使熒光染料成為激發(fā)態(tài)，當(dāng)熒光染料退激發(fā)的時(shí)候，就會(huì)向外輻射光。至于熒光棒所發(fā)出的顏色則與熒光染料的結(jié)構(gòu)有關(guān)。其實(shí)，熒光棒不應(yīng)該叫做“熒光棒”，因?yàn)榘l(fā)出的光嚴(yán)格意義上不算是“熒光”，所謂熒光，應(yīng)該像日光燈一樣，由一種高能的光子激發(fā)某種物質(zhì)，然后該物質(zhì)立即退激發(fā)向外發(fā)出出射光。那怎么才能讓熒光棒發(fā)出真正的“熒光”？如果手頭上有驗(yàn)鈔燈（會(huì)發(fā)出紫外線），用它照射熒光棒，這時(shí)候熒光棒發(fā)出的光就是熒光啦。有關(guān)更多發(fā)光的知識(shí)，請(qǐng)看往期推送“燈，deng，deng，deng——大家注意，我要躍遷了”。 知道超市書(shū)店防盜原理，20年前書(shū)店有個(gè)小金屬片就可以報(bào)警，現(xiàn)在有些超市要粘上一個(gè)帶條形碼的射頻卡，這都什么原理啊？ A題目中涉及的兩種防盜措施是圖書(shū)館及書(shū)店防盜的兩種常見(jiàn)形式，一種是傳統(tǒng)的電磁波系統(tǒng)圖書(shū)磁條防盜，另一種是RFID智能管理防盜。下面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 圖書(shū)防盜磁條，也稱(chēng)EM防盜磁條，所用的材料主要是鐵、鈷、鎳等金屬材料。這些金屬在高溫融熔時(shí)在壓力的作用下從石英噴嘴高速?lài)姵�，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的低溫輪盤(pán)側(cè)邊形成固態(tài)條狀（實(shí)驗(yàn)上稱(chēng)為甩帶）。由于從液態(tài)到固態(tài)的時(shí)間控制在極短的時(shí)間內(nèi)，得到的固體條帶晶。當(dāng)成分配制合理，制作工藝科學(xué)時(shí)，所得到的非晶材料具有很高的導(dǎo)磁率，具有陡峭磁滯回線，圖為軟磁材料的磁滯回線。 電磁波防盜系統(tǒng)的基本原理是通過(guò)交變檢測(cè)磁條的磁性變化來(lái)區(qū)分被對(duì)象是否帶有磁條，來(lái)達(dá)到防盜的目的。用檢測(cè)天線kHz的低頻產(chǎn)生的交變進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)對(duì)象是附著在被對(duì)象上的磁條。當(dāng)磁條位于發(fā)射天線產(chǎn)生的交變當(dāng)中時(shí)，其極性被周期性地反復(fù)磁化。由于磁條的高磁導(dǎo)率和陡峭的磁滯回線，磁條中的磁通密度在外加強(qiáng)度趨于0時(shí)跳躍變化（非線性特征），由此產(chǎn)生了以發(fā)射天線頻率為基頻的諧波，這些諧波被接收天線接收和處理，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱(chēng)電子標(biāo)簽。射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用無(wú)線電波識(shí)別目標(biāo)物上的標(biāo)記，以進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)識(shí)別和獲取相關(guān)信息的工作。一套完整的RFID系統(tǒng)，由閱讀器、電子標(biāo)簽、應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部分組成。 其基本工作原理如圖所示：電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽芯片中的產(chǎn)品信息，這種標(biāo)簽稱(chēng)為無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽；電子標(biāo)簽也可以主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)，稱(chēng)為有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽；閱讀器讀取這些信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)。
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