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石器時代的妖術對決!認真解析《Dr.STONE 新石紀》EP.07

作者:Celeste_蔚晴│Dr.STONE 新石紀│2019-08-17 19:04:50│贊助:82│人氣:595
一、肥皂泡泡

 肥皂是一種介面活性劑,它的化學結構一端是親水的,另一端是疏水的,因此介面活性劑能夠讓疏水性的物質進入到水中穩定存在。當我們對肥皂水吹氣,大量的空氣撐開肥皂水,形成一層很薄的水膜,而肥皂便在這層水膜中扮演穩定泡泡的角色。肥皂泡的形狀是由於在表面張力的作用下,會形成表面積最小的形狀,而球形便是固定體積下擁有最小表面積的形狀。雖然如此,我們平時看到的肥皂泡都很少有正球形的,因為肥皂泡的形狀很容易受外界氣流影響。

 肥皂泡表面的彩虹光澤來自於光的干涉。由於肥皂泡膜的厚度約是微米等級,當光線直接在膜的表面反射、或是先折射進入膜裡再由膜的另一側表面反射,兩道光徑就會產生很小的差異。這個差異導致了原本入射的白光在相同的位置上本來應該要有相同的組成(白光是由等比例的紅藍綠光混合而成),現在某些成份的光卻互相抵消了,因此便產生了不同的顏色。


 這裡阿鉻所說的,我想應該是指傳統肥皂的製作方法。相傳古代的肥皂是在廢棄食用油中加入草木灰而製成,「木炭灰水」雖然看起來少講了幾個步驟,但畢竟秘方不外流(?)嘛,阿鉻或許已經掌握了如何製造Dr.STONE的方法了呢。

 肥皂泡我相信是所有小孩童年時共同的回憶,也有很多藝術家看上它七彩、稍縱即逝的特性賦予它獨特的意涵。這場石器時代的妖術大戰以肥皂泡拉開序幕,還真有點返樸歸真的感覺呢(笑
 不過我還是得吐槽一下細節,這裡千空拿來做肥皂水的是琥珀帶回來的溫泉水,而溫泉水中往往含有大量的礦物質,是會使得肥皂失去介面活性效果、讓肥皂水吹不出泡泡來的。

二、七色炎橋
(原來我在看閃電十X人?)

 焰色反應(flame test)是一種用來辨別分析物中是否有某種特定元素的方法。由於不同的元素擁有不同的原子能階,當用火焰給予能量時,電子在這些不同能階之間躍遷就會放出不同能量的光,便產生了屬於該原子獨有的焰色。
 動畫中的焰色反應,與真實的焰色幾乎是一致的,製作組顯然有考據過這方面的細節,幫你加100億分!

別問了,沒有藍黑色

 ...好吧,硫的顏色差得有點多。在焰色反應之中,紫色是鉀的標準焰色,但是鉀的焰色實在是太不明顯了,通常需要隔著一層鈷藍玻璃才能觀察得到。所以,這裡阿鉻不拿鉀鹽來丟是很合理的。
 焰色反應可以製造出七彩的光,因此最常被用於煙火之中。常見的白色煙火是鎂和鈦、紅色是鍶、橘色是鈣、綠色是鋇...其他顏色則經常會用這些元素互相混合之後形成。也就是說,我們在大型慶典看到的煙火,燒的不只是納稅人的錢,更是成堆的重金屬。現在大家在推行取消煙火、改成雷射光秀的原因,除了燒錢、空氣污染之外,重金屬污染也是背後的考量。

三、硫磺球靜電器

 硫磺球的靜電產生器最早由德國科學家奧托.馮.居里克(Otto von Guericke)所發明,我們對他主要的印象是他曾進行了家喻戶曉的馬德堡半球實驗。居里克的科學研究很多對後世帶來了啟蒙,而這個靜電產生器就是其中之一。

居里克的靜電產生裝置

 靜電起源於電子在兩個物體之間的流動,當透過外力摩擦之類的手段使得兩個接觸物體之間的電荷分布不平均時,移開兩個物體之後便得到兩個帶電的物體。除非再次與其他物體接觸,否則這些電荷會永遠存在,因此被稱為靜電。絕緣體較導體容易產生靜電,因為導體的電子沒有被束縛得很緊,不容易產生穩定的電子轉移。

 摩擦起電便是最常見的產生靜電的手段。在居里克的年代,人們已經知道用琥珀和毛皮互相摩擦可以產生靜電,但是想讓產生的靜電變大,必須要有電容足夠大的琥珀,也就是必須要有很大塊的琥珀。很顯然,這種東西不是隨便想拿就拿得到的。於是,居里克在嘗試過各種材質之後,發現用硫磺可以達到同樣的效果,便以硫磺球製作了靜電產生器。


 當儲存了靜電的物體與不帶電的物體接觸時,兩個物體間的電位差會使得電子快速流過,這便是放電。放電的能量依據儲存的靜電能而有所不同,小至冬天時接觸金屬門把產生的電流、大至閃電的規模都有可能。

 那麼,一個簡單的靜電產生器所產生的靜電,到底是不是真的能把人給電得嗶哩嗶哩呢?科學家為了研究人體上的靜電對周圍電器的影響,經常將人體假設為一個電容10⁻¹⁰法拉的電容器(作為比較,一般市售的電容器約在10⁻⁶法拉的數量級),充電的上限約5萬伏特。根據電位能的公式E = ½CU²,可以得出放電的能量約 ½ × 10⁻¹⁰ × (5×10⁴)² = 0.125焦耳。國際電工委員會指出電能大於5焦耳的放電會直接傷害人體,而一般電器為了確保安全,更會將放電的能量控制在0.35焦耳以下。可以看到,靜電造成的電擊威力明顯都在這之下,所以讓人嚇一跳可以,但是電到見骨就是誇張效果了。

 有一點值得一提的是,靜電的電壓有時可以達到數十萬伏特之高,這樣的電壓不只遠比家用電源高、比高壓電纜高,甚至也比兩三隻皮卡丘。這麼高的電壓為何不會傷人呢?
 其實,雖然我們平常都用電壓來衡量電能的大小,但是電流才真正能決定一個電擊的傷害程度。電流的定義為一段固定時間內流過的電子數,因此電流越大,表示短時間內流過的電子越多,自然也會造成更大的傷害。人體的電阻約為數百萬歐姆,換算下來靜電的電壓產生的電流不到一安培,自然不會有危害了。

四、鍍金的槍

 利用汞在銅鐵器表面鍍上一層金的技術,稱為鎏金。中國早在春秋戰國時期便已經有鎏金工藝的技術,製造出來的器具厚實耐用而且美觀,很符合古代中國人愛慕虛榮的特質(?
 要講解鎏金的基礎原理,首先先來介紹一下汞合金。我們知道汞是唯一在常溫常壓下呈液態的金屬元素,但是汞的合金卻經常是固體,稱為汞齊。汞可以與除了鐵以外的大部分金屬形成汞齊,而汞齊會失去汞原有的毒性,因此常用於補牙的材料。

 在汞中熔化砂金,便可以得到金汞齊。控制成分中金與汞的比例使得製作出的金汞齊保有一定的流動性後,塗附在想要鍍金的器物表面,最後加熱讓汞蒸發,器物上就只留下金了。這也是為什麼千空在鍛燒的時候說別吸入蒸氣,因為這個蒸氣就是汞蒸氣,會引發汞中毒。
 至於這樣鍍金後的器具有什麼優點嗎?乾脆的說,看起來很厲害,沒了。有玩過Minecraft的人就知道,金製的器具耐久度遠不如鐵製器具,更何況是這麼薄的一層鍍金。


 朱砂是硫化汞(HgS)的天然礦物,經常發現於石灰石之中。傳統中藥上朱砂有鎮靜安神的作用,中國皇帝自己亂煉的仙丹之中也會加。不過,長期服用朱砂會造成慢性汞中毒,現代的醫學已經明令禁止了。


 加熱硫化汞能使其分解為金屬汞以及二氧化硫,能拿來做鎏金的汞就入手了:

HgS + O -△→ Hg + SO₂


【本週總結】
提及的科學議題:4
可行的:2+0.5×2
不可行的:0.5×2

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づく...
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留言共 10 篇留言

吼搭啦
不知道番外篇(互相比算術的部分),動畫會不會做出來
這段大多還算是合理範圍,除了體能....

08-17 19:49

Celeste_蔚晴
原來這部份還有番外嗎,去找來看看好了,感覺滿有趣的XD
體能的部份就當母獅子體能超強好了,琥珀那瓶溫泉水至少也有60公斤吧[e21]08-17 20:15
央夜-撿到槍模式
這一篇是比較基礎的化學呢,至於製作肥皂的話是因為草木灰的鹼性吧!

從基礎化學物質的製備可是化學工業的必要條件,像是我們平時吃的調味料w

08-17 21:13

Celeste_蔚晴
沒錯喔,草木灰的主要成份是碳酸鉀,關於肥皂的故事在第2話中有詳細介紹
在石器時代中發展科學最需要的就是基礎化學和生物的知識,其他都可以不用急[e1]08-17 21:27
七和-Chiho
這部不合理的地方大概只有那神奇的資源量和成品的高效率了
日本動漫真的很厲害,明明都是一樣的東西,但以前在課堂上聽就是無聊到不行。

08-17 21:28

Celeste_蔚晴
畢竟是少年漫畫,總是要有一點誇張手法才有人愛看,認真的講科學的話我相信受眾會少很多
現在也越來越多老師開始思考怎樣讓課堂變得更有去,做成動漫讓小孩邊看邊學是我心目中最終極的形式,所以才會做這系列的文章[e12]08-18 00:14
寂靜的滴答卿
阿鉻的出現真的讓人欣慰
原本千空想吐嘲小孩子的玩意,但仔細想想在啥都基礎上會去發現那麼多,而且還是靠一己之力,也再次證實了千空所說,文明是要一步步來的

08-17 23:02

Celeste_蔚晴
阿鉻大概就是亞里斯多德那種等級的鬼才,多給他點時間他肯定能搞出更多更有意思的妖術08-18 00:16
荷月晴(高三症候群...
你的解析是不是越出越快了...(看看我的文本進度= =

08-17 23:31

Celeste_蔚晴
基本上我都是固定星期六晚上這個時間發,除非當天有事08-18 00:17
春雪我老公
太神 這些資料會找很久嗎

08-17 23:35

Celeste_蔚晴
大概都花一整天,再更多我也沒時間投入了[e26]08-18 00:17
玥晴 Luna
大神...教嗎?

08-18 09:08

Celeste_蔚晴
跟著千空老師學科學08-18 09:24
蜉蝣
追漫畫的時候還以為阿鉻是跟班型角色
看到後面才發現根本超帥

有智商、有義氣、有毅力、有熱血

典型的努力型主角啊[e17]?!

而且還不是無腦型的XD

08-18 12:50

Celeste_蔚晴
感覺稻垣老師的角色都設計的很飽滿,不只是主角群重要而已
阿鉻感覺後期也會是滿重要的角色08-18 19:15
安斎さん
很佩服作者能用有趣的劇情來介紹各種自然、人工科技產物,前期看到村民被唬得一楞一楞的,後期的道具我也看了也傻眼,還去維基百科看原理結果也不是很懂XD
每星期都很期待看你補充dr.stone的內容喔!

08-18 17:32

Celeste_蔚晴
謝謝你,沒有比看到有人期待我的文章更令人欣慰的事了[e41]
雖然我好像也有點覺得我這坑挖得有點大了,不知道我能撐到什麼時候XD08-18 19:17
蜉蝣
這坑真的很大

這部有兩季呢XD

08-18 19:21

Celeste_蔚晴
希望我能填得完[e26]08-22 22:29
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