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在真空环境放个喇叭使其发声,但并不能听到声音,但是它为了发声而消耗电能,电能变成声能,那声能又到哪去了?

  大约200年前,有一个叫布朗的科学家,他把细小的花粉散入水中。借助于显微镜,布朗意外地发现,花粉竟然像是被赋予了生命,自行游动了起来。为什么会这样呢?难道花粉是生物,其遇水而复活了?

  当然不是!花粉之所以在水中具有无规运动,是因为花粉的半径远小于水分子之间的距离,从而受到了水分子的不对称碰撞。由此说明,表面上连续的水,是由不连续的水分子构成的。由此可以得出的结论是,连续性只是物体在宏观尺度的假象,自然界的本质是不连续的,其是由离散的粒子构成的。

  在二十世界初,有两个重要的发现,进一步地印证了上述结论。

  首先是普朗克为避免连续的能量产生紫外灾变,他在黑体辐射公式中添加了一个量纲为粒子角动量的物理常数h。由于能量是关于粒子运动能力的度量,只要存在着不可再分的最小粒子,就可以使能量存在着最小单元,从而使能量具有不连续性。于是,普朗克常数h之所以能够使能量不连续,是因为该常数定义了最小粒子,即量子。

  第二个重要的发现是卢瑟福用阿尔法粒子轰击金箔。在该实验中,只有极小比例的粒子被原子反射了回来。这说明物质不实,原子的体积仅只是由电子的运动所形成的封闭体系。于是,表面上实体的物质,只是更深层次的粒子运动。

  由此说明,我们的宇宙是由无数个量子构成的封闭系统。基态的量子构成宇宙的物理背景,即量子空间;受到激发的量子成为光子,属于能量的范畴;由高能量子的运动所形成的封闭体系就是各种基本粒子,属于物质的范畴。

  因此,自然界的本质,就是离散的粒子与粒子的封闭体系之间的相互影响、相互作用和相互转换。例如,空气是由气体分子构成的。当我们说话时,声带的振动,会使气体分子获得能量。于是,该能量借助于气体分子之间的碰撞而在空气中传播。当我们耳边的气体分子获得了能量,并与我们的耳朵相互作用时,我们就听到了对方的话语。其本质是对方声带的能量借助于气体分子的传递,影响到了我们的耳朵。

  因此,空气作为声音传播的介质是必不可少的。对此,会有人提出异议。因为,作为物理背景的空间并不只空气,可以有水和量子空间。而且,量子空间是宇宙的本底物理背景,宇宙中的所有物体都会受到该空间的影响与束缚。难道量子空间不能传递能量吗?

  答案是肯定的 。只要我们扰动量子空间,使之获得能量,该空间就会遵循熵增原则,向外扩散能量。例如,超新星的爆发或天体之间的碰撞,由此产生的能量就会使量子空间产生涟漪,这就是引力波。此外,电磁场的交互变化可以产生电磁波,高能电子在原子中与空间量子的碰撞可以产生光子即光电效应。它们的本质都是对量子空间的扰动,使该空间获得了能量并对外传播。

  那么,为什么我们在日常的生活中所产生的振动,不能引起量子空间的涟漪,向外传递能量呢?通俗地说,为什么在太空中,无法传递声音呢?这是因为空间量子太小了,我们很难将能量有效地传递给量子。这就好比我们扔一粒小米,无论使多大的劲都不会扔得很远。

  实际上,我们声带的振动所产生的能量是可以部分地传递给量子空间的。只是每个量子所获得的能量极为有限,以至于我们察觉不到量子空间因此而产生的涟漪。因为,我们人眼对光的感受是有域值的,只有达到了一定的强度和频率,才能够引起眼细胞的反应。

  其实,我们不用说话,我们人体具有较高的温度,会对外辐射热能,使量子空间围绕着我们人体形成热的梯度分布。其本质就是人体的粒子振动使空间量子获得了能量。夜视镜就能够看到人体的热辐射。这就是产生万有引力的原因。只是,这种效应太弱了,只有遇到大物质时,才会产生显著的影响。这就是为什么,地球具有重力的原因。

  总之,由于存在着作为物理背景的空间,借助于空间粒子的碰撞可以传递能量。这就是声音和光传播的物理原理。在真空中,之所以无法听到声音,是因为常规振动对空间量子的影响较小,以及我们人眼感受的灵敏度不高的缘故。如果,借用敏感的仪器,如引力波的探测器,就能够探测到量子空间微弱的涟漪。

  声音是由物体的振动发生的,所以,声能是一种机械能。发声体在空气中振动,引起周围空气的振动,将声能转移给空气,并由空气向外传播。

  在真空环境使喇叭发声,电能转化为声能,因为真空不能传声,那声能又到哪里去了呢?

  初中物理中学过能量守恒定律:能量既不会消失,也不会创生,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化和转移的过程中,能的总量保持不变。

  根据能量守恒定律,喇叭的声能肯定也是发生了转化或转移。上面说了,在空气中,喇叭的声能转移给空气,那么,在真空中振动,不需克服空气阻力,只是克服振动膜的分子之间的作用力做功,使振动膜的内能增大,温度升高。也就是说,声能转化为内能。因为不受空气的阻力,振动幅度更大,克服分子间作用力的能力更强,做的功更多,转化成的内能也更多。事实上,在空气中发声时,转移到空气的声能,在传播过程中,因不断压缩空气,最终也逐渐的转化为空气的内能。

  能量不可能凭空产生,也不会凭空消失,喇叭在真空中发声消耗电能,虽然无法转化为声波能,但消耗的电能最终都会转化为热能。

  喇叭之所以可以在空气中发声,是因为电能驱动了喇叭上的电磁铁,从而带动振膜振动,振膜在空气中振动时受到来自空气的阻力,进而带动空气振动发出声波,这里面的能量转化步骤是:电能——电磁能——机械能——声波能。

  如果我们把喇叭放在真空容器当中,然后让其通电发声,我们知道,真空是无法传播声音的,所以我们无法听到喇叭的声音。

  因为此时喇叭中的振膜振动不会受到空气阻力,也就没有了声波能,但是能量不会凭空消失,振膜振动会继续消耗电能,由于振膜受到的空气阻尼减小,振膜的振动幅度会增加,产生的机械能最终转化为了热能,使得喇叭内部温度升高;同时,喇叭线圈产生的热能也会增加,于是电能最终都转化为了热能。

  其实喇叭在空气中发声时,声波能带动空气振动并传播,在传播过程中强度会发生衰减,衰减损失掉的声波能,最终也转化为热能扩散在空气中。

  其实真空中的许多现象,会和空气中不同,比如一颗氢弹在空气中爆炸,就有一半的能量以冲击波的形式释放,对地面建筑物造成严重破坏,另外大约40%的能量以热辐射释放,大约5%的能量以核辐射释放。

  如果一颗氢弹在太空中爆炸,由于太空中没有了空气,氢弹爆炸也基本不产生气体(只有引爆炸药产生少量气体),所以就无法产生强大的冲击波,而绝大部分能量将以电磁波和核辐射的形式释放,比如太阳本身就是不断爆炸的“氢弹”,对外释放能量主要是电磁波,以及少量核辐射。

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  举个栗子:真正懂得射箭的人都知道,弓是不能空放的。所谓空放就是在没有搭箭的情况下拉弓,然后撒放。在这种情况下,你会听见砰的一声,轻则弓弦断了,重则弓体坏了。磅数越大的弓,空放产生的破坏力就越大,还可能会伤害到撒放者自己。所以惊弓之鸟的故事是不成立的,除非他不想要自己的弓了。那么为什么会出现这种情况?在搭箭的情况下拉弓,弓体所积蓄的动能会转化为箭的动能,使得箭能够射出去。磅数越大的弓需要更粗更重的箭,箭太轻也会损伤弓。在没有搭箭的情况下要命了,弓体的弹性动能得不到释放,会对弓体自身产生破坏性震动。

  回到问题的本身,虽然喇叭在真空中没有空气传播其震动动能的情况下,他还是在震动,还是在做功,能量被自己消耗掉了。当然喇叭的动能完全比不上弓的动能,它是不会把自己整坏的。但如果突然用开到大功率产生啸叫还是有可能会把喇叭的膜整坏。不管怎么样,喇叭震动了就是做功了,不管有没有介质传播。不能因为没有介质传播能量就否定喇叭做功,这种想法和掩耳盗铃差不多。

  就像水泵空转,电流会增大,时间长了发热把线圈烧了,一样的道理。喇叭推动空气震动,产生声波,其实就是不断压缩碰撞空气里面的气体分子,使其产生动能。若没有空气,振膜振动的阻力没了,它会发热,以红外波的形式散发热量。

  不用那么啰嗦的解答,电能转为纸盆的震动的机械能,再传给空气,如果没有空气那么纸盆的震幅就会加大,能量会就转化为纸盆分子之间的拉力。

  扬声器发声是靠电流驱动纸盆或振动膜产生振动,并以此来推动周围空气形成声波,声波中孕含的能量就是声能。显然声能的产生和传播离不开空气。

  扬声器的能量来自音频电流,一个正常工作的扬声器能量主要消耗在三个方面:首先是空气阻力。纸盆在作往复运动时,空气被不断的压缩拉申从而形成声波,这是扬声器真正有用的功耗,也是不断向外输送声能的源泉。

  再一个耗能因素是纸盆边缘的环状弹性带,它由带波环的纸盆边或橡胶、塑料等弹性材料制成。如果没有它固定和约束纸盆有可能会被弹射出去,无法形成声波。在纸盆下面还有一个弹簧板,它的作用是和纸盆相互作用硧保音圈只作直线往复运动,不会和磁极产生磨擦剐蹭。第三个耗能因素是纸盆加速度所需的能量。因为纸盆和音圈及弹簧片的质量不可能为零,而且在往复运动时速度始终处于变速状态。根据F=ma,这里的F必然要消耗掉一些能量,同时还会造成一些失真,这也是扬声器制造商总想方设法减轻纸盆重量的原因。

  当我们把扬声器置于真空环境中,纸盆仍然会根据音频电流的变化规律产生振动,也就是说真空中的扬声器虽然没有了空气阻力,但另两个因素依然存在,特别是在失掉空气阻尼作用后,用于产生纸盆加速度的F还会有所增加。

  所以让扬声器的纸盆产生振动也还是需要能量的。由于周围没有空气,当然不会有声波也不存在声能。但功耗还是必须要有的。以上是我的回答。

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  发声来源于震动

  在真空中的喇叭运行,由于没了空气的阻力,所以不存在声能消耗,所以也就没什么那去的问题。那么我们来分析一下喇叭在真空中的运行情况,是不是与有空气的阻力一样,当然不一样。我们应该知道,喇叭运行其实与电动机驱动原理一样,只不过我们把喇叭看成一个异型电动机。我们知道,当电动机在没有负载时,电动机电流会很小。那么喇叭在没有空气阻力的情况与电动机一样,电流会小。我们知道,功率就是电压与电流的积。所以声能去了哪里,其实喇叭就没有耗声能的功率,也就不存在声能去哪里的问题。

  我们知道,扬声器(俗称喇叭)之所以能发出声音,是因为扬声器的纸盆振动,推动空气运动,机械能转化成了声能。而机械能又是由于电磁感应的原理消耗了电能。由于能量守恒的定理,纸盆振动对外做功,就会消耗一定的电能。当这个扬声器处于真空环境下,扬声器纸盆振动就不会对外做功,因此并不会产生声能,从理论上讲,这样扬声器是不会消耗电能的,但是实际上我们却会观察到电能的消耗,这里面的原因就比较复杂了。

  首先一个就是因转换效率而存在损耗的问题。例如电流通过扬声器音圈时,由于导线存在着电阻,必然会产生热量,可能你会说,在真空环境下这个热量会往哪里传递呢?别忘了,热传递是可以在真空当中以辐射的方式传递出去的。

  还有一个是扬声器纸盆本身的阻力问题。扬声器的纸盆是具有一定弹性的,有着一定的固有频率。当音频信号通过扬声器音圈时,音圈与纸盆连在一起振动。由于音频信号是具有一定频率的交流电,当这个交流电频率与扬声器的固有频率一致时,纸盆振幅达到最大,也就是所谓的共振,假如扬声器是在这种情况下处于真空环境,其能量消耗是最小的,这个如同你推秋千,和着拍子推非常省力。但是如果音频信号的频率与扬声器固有频率不一致,则纸盆或多或少会产生阻力,这就会导致电能的消耗。

  因此扬声器在真空环境下并没有产生声能,所消耗的电能是因为损耗而转化成了其它能量。事实上只要电路或者装置不是处于一种非常理想的情况下,它都是存在着损耗的。

  

在真空环境放个喇叭使其发声,但并不能听到声音,但是它为了发声而消耗电能,电能变成声能,那声能又到哪去了?

  

在真空环境放个喇叭使其发声,但并不能听到声音,但是它为了发声而消耗电能,电能变成声能,那声能又到哪去了?

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