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发明技巧之定量实验法

2012-03-13 14:52:25 来源:www.kj599.com 浏览:132

  每当早上太阳从东方冉冉升起的时候,我们可能以为它一出来就会被我们看到,其实不然,它要比我们看到时还早。就是说,光速是有限的,而不是无限大。那队,光速究竟是多少呢?光一秒钟能够跑多远呢?
  要回答这一问题,就要定量实验来测定。
  世界上最早实验方法测定光速的是伽利略。他在1607年做了一个实验。当时,他叫甲乙两个人在夜间各带一只灯,分立在两个山顶上,甲先迅速取去灯罩对乙发出信号,乙在看到信号后,立即取去灯罩,对甲发出信号。两山的距离和光往返的时间来计算光速。由于当时的技术条件限制,测得的光速很不精确。
  后来,法国科学家斐索于1849年一只旋转的齿轮测量光走过某一给定距离的时间,齿轮以一定的速度运动并让光通过齿间。斐索测得的光速为313000公里/秒。后来,法国科学家傅科一只旋转的镜子测定光速。他让镜子以一定的速度转动,使它在光线发出并从一面静止镜子反射回来这段时间内,恰好旋转一周。随着科学科技的不断发展,人们不断地改进实验装置和技术,直到1932年旋转棱镜测得光速为299774±2公里/秒。20世纪60年代,激光器的出现,使光速的测定越发精确,1972年测定的光速值为299792公里/秒。目前国际计量委员会承认的光速是299792458米±1.2米/秒。
  从伽利略开始,间经过斐索和傅科等人,一直到20世纪80年代,来测定光速的实验都是一种定量实验。
  所谓定量实验,是为了深入了解事物和现象的性质,揭露各因素之间的数量关系,确定某些因素的数值而进行的实验。
  在发明创造,许多问题需要发明创造者做到胸有“数”,即对求解的问题或设计的方案一定要注意到它的数量方面,要有基本的数量分析。
  例如,在有关化学领域的发明创造,人们不仅需要确定农药或医药组合物的组分,而且需要确定各组分的含量,这时定量实验就必不可少了。可以说,离开了定量实验,有关新农药、新医药的发明创造只是一种空想。
  在一些有关方法的发明,也常常依赖定量实验。比如,现有技术是在50℃--130℃温度范围内,物质A与物质B生成物质C,物质C的产量与温度成正比。能否选择一个最佳的温度范围,使物质C的产量明显地超过预期量呢?于是,有人通过定量实验,发现在63℃-65℃的温度范围内能达到这一要求。这种选择发明所具有的创造性是建立在定量实验的基础之上的。
  即使是产品类发明创造,也常常离不开定量实验的参与。例如,人们发现臭氧虽然与氧气是同种元素组成的物质,但性质却大不相同。臭氧比氧气重,有特殊气味。在雷雨时,闪电使一些氧气转变为臭氧,大气存在低浓度的臭氧,使雷雨后的空气格外清新。臭氧有极强的除臭、杀菌、防霉效能。生活碰到的不愉快气味,如含硫化合物的臭蛋味,醛类化合物的刺激性气味,胺类化合物的血腥味等,与臭氧发生反应后的最终产物都没有异味,没有毒性,不存在二次污染的可能。基于这种发现,有人提出了开发电冰箱电子灭菌除臭器的创意。通过定性实验,我们可以解决利臭氧能否杀菌除臭的问题。但在下列问题上,则必须依靠定量实验:
  你设计的电子线路能产生多大臭氧浓度?针对不同的消毒物品,应提供多大臭氧浓度?平均杀灭菌率大概多大?能在多少时间内杀灭电冰箱危害人类的细菌和病毒?
  如果不解决上述问题,开发设计的电冰箱灭菌除臭器是无法成为顾客乐意接受的商品的。
  因此,定量实验法也是发明创造独具慧眼的一种技法。
  运定量实验法,首先要明确它与定性实验的联系。一般说来,定性实验是定量实验的基础,只有先确定了某些因素是否存在,不同因素之间是否有联系,才能进一步安排定量实验。同时,也只有通过定性实验了解和掌握了试样的定性组成及其大约含量,才能正确地选定量分析的方法。其次,定量实验的一个突出特点是测试或测量,因此,掌握或了解有关量的测试或测量的方法,对发明创造者来说是一种不可缺少的能力。
  假如有人想发明创造一种于蔬莱、水果等食品贮存的电子保鲜器,除了设计出电路原理图外,还应当通过定量实验解决哪些技术问题呢?


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