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世界科学历史上的伟大发明

Posted: 08-09-08 Mon 12:58 am
by 潘国山
1.青霉菌

青霉素(或称盘尼西林)是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素。青霉素是很常用的抗菌药品。但每次使用前必须做皮试,以防过敏。1928年英国伦敦大学圣玛莉医学院细菌学教授弗莱明在实验室中发现青霉菌具有杀菌作用,1938年由麻省理工学院的钱恩(Earnest Chain, 1906-1979)、弗洛里(Howard Florey, 1898-1968)及希特利(Norman Heatley, 1911-2004)领导的团队提炼出来。弗莱明因此与钱恩和弗洛里共同获得了1945年诺贝尔生理学或医学奖。

分类

1.青霉素G类。如青霉素G钾、青霉素G钠 、长效西林等 。
2.耐酶青霉素。如苯唑青霉素(新青Ⅱ号)、氯唑青霉素等。
3.广谱青霉素。如氨苄青霉素、羟氨苄青霉素等。
4.抗绿脓杆菌的广谱青霉素。如羧苄青霉素、氧哌嗪青霉素、呋苄青霉素 等。
5.氮咪青霉素。如美西林及其酯匹美西林等,其特点为较耐酶,对某些阴性杆菌(如:大肠、克雷伯氏和沙门氏菌)有效,但对绿脓杆菌效差。

作用特点

青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称,由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁,而人类细胞只有细胞膜无细胞壁,故对人类的毒性较小,除能引起严重的过敏反应外,在一般用量下,其毒性不甚明显,但它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所产生的酶,易被其破坏,且其抗菌谱较窄,主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、钠盐之分,钾盐不仅不能直接静注,静脉滴注时,也要仔细计算钾离子量,以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能,造成死亡。

不良反应

青霉素类抗生素的毒性很小。是化疗指数最大的抗生素。但其青霉素类抗生素常见的过敏反应在各种药物中居首位,发生率最高可达5%~10% 。为皮肤反应 ,表现皮疹、血管性水肿,最严重者为过敏性休克,多在注射后数分钟内发生,症状为呼吸困难、发绀、血压下降、昏迷、肢体强直,最后惊厥,抢救不及时可造成死亡。各种给药途径或应用各种制剂都能引起过敏性休克,但以注射用药的发生率最高。过敏反应的发生与药物剂量大小无关。对本品高度过敏者,虽极微量亦能引起休克。注入鞘内可致癫痫样发作。大剂量长时间注射对中枢神经系统有毒性(如引起抽搐、昏迷等),停药或降低剂量可以恢复。
使用本品必须先做皮内试验。青霉素过敏试验包括皮肤试验方法(简称青霉素皮试)及体外试验方法,其中以皮内注射较准确。皮试本身也有一定的危险性,约有25%的过敏性休克死亡的病人死于皮试。所以皮试或注射给药时都应作好充分的抢救准备。在换用不同批号青霉素时,也需重作皮试。注射液、皮试液均不稳定,以新鲜配制为佳。而且由于自肾排泄,肾功能不良者,剂量应适当调整。此外,局部应用致敏机会多,且细菌易产生耐药性,故不提倡。

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弗莱明


2. 传真机

苏格兰发明家爱德华。贝克(Alexander Bain),1876年出生于法国。他6岁时便仿制了一个有活塞和传动杆的火车头,19岁时因制造“秘密照相机”而引起了警方的兴趣。1843年取得的专利,被认为是与传真机的出现有关,他以其对电钟钟摆的知识制作了第一个由前至后逐行扫瞄机制。

1861年,第一部传真机Pantelegraph由Giovanni Caselli出售,当时电话尚未正式被发明。

1924年,RCA的一位设计师Richard H. Ranger发明了wireless photoradiogram,或无线电传真,是今日传真机的前身。一幅美国总统卡尔文·柯立芝的照片,在1924年11月29日由纽约传送至伦敦,成为首幅以无线电传真技术传送的影像,在两年后开始了商业应用。无线电传真直至今日仍被用作传送天气图像及资讯。

一种早期的传真方法Hellschreiber在1929年被Rudolf Hell发明,是当时机械影像扫瞄及传送的先驱。

早期的传真机采用阿摩尼亚水来作显影液,到后期才出现才用特别热感纸的传真机。

1985年,GammaLink的创办人Hank Magnuski博士,制作第一张电脑传真扩充卡GammaFax。

现时的传真机大多数都采用喷墨或雷射列印。

3.飞机

飞机是人类在20世纪所取得的最重大的科学技术成就之一,有人将它与电视和电脑并列为20世纪对人类影响最大的三大发明,关于世界上最早的飞机到底是由谁发明的各国上存在争议:

法国人认为世界最早的飞机是由法國人克雷芒·阿德尔 (Clément Ader)发明,于1890年10月9日在法国试飞成功,部份人認為他發明了歷史上第一架飛機。

美国人认为飞机的发明者是美國人莱特兄弟(Wilbur Wright和Orville Wright),于1903年12月17日在美国试飞成功。

巴西人认为是巴西人阿尔贝托·桑托斯·杜蒙特(Alberto Santos-Dumont)发明了飞机,1906年10月12日桑托斯-杜蒙特的“14 bis”飞机成功地飞至60米高空是世界上第一次成功的动力飞行,之前的飞行并没有达到真正意义上“飞”的标准。

一般普遍認為飞机是由美國人莱特兄弟發明的,而有部份人認為是由克雷芒·阿德尔或阿尔贝托·桑托斯·杜蒙特所發明。

和其他交通工具相比,飞机有很多优点:

速度快。目前喷射客机的巡航时速在900公里/小時左右。
机动性高。飞机飞行不受高山、河流、沙漠、海洋的阻隔,而且可根据客、货源数量随时增加班次。
安全舒适。据国际民航组织统计,民航平均每亿客公里的死亡人数为0.04人,是公路交通事故死亡人数的几十分之一到几百分之一,和铁路运输并列为最安全的交通运输方式。
但是飞机作为交通工具也有自身的局限性:

价格昂贵。无论是飞机本身还是飞行所消耗的油料相对其他交通运输方式都高昂的多。
受天气情况影响。虽然现在航空技术已经能适应绝大多数气象条件,但是比较严重的风、雨、雪、雾等气象条件仍然会影响飞机的起降安全。
起降场地有限制。大部份飛機都需要機場升降,需要有较长的跑道供起降,对起降的条件要求比较苛刻。
一定的危險。雖然民航客機每亿客公里的死亡人数遠低於其他常见运输工具,但由于飞行事故的幸存率很低,所以给公众的心理感觉还是有一定危险的。

最大航速

最大航速是飞机最重要的性能之一。下列若干历史上的最大航速纪录:

1910年 106 千米/小时,飞行员:Leon Morane,法国,Bleriot XI
1913年 204 千米/小时,飞行员:Maurice Prevost, 法国, Deperdussin
1923年 417 千米/小时,飞行员:Harold J.Brow, 美国, Curtiss R2C-1
1934年 709 千米/小时,飞行员:Francesco Agello, 意大利, Macchi MC.72 (水上飞机,此项纪录保持至今)
1939年 755 千米/小时,飞行员:Fritz Wendel, 德国, 梅塞施米特 Me 209 V1
1941年 1004 千米/小时,飞行员:Heinrich Dittmar, 德国, 梅塞施米特 Me 163 (火箭式歼击机)
1947年 1127 千米/小时,飞行员:Charles "Chuck" Yeager, 美国, Bell X-1
1951年 2028 千米/小时,飞行员:Bill Bridgeman, 美国, 道格拉斯 Skyrocket
1956年 3058 千米/小时,飞行员:Frank Everest, 美国, Bell 52 X-2 (火箭式)
1961年 5798 千米/小时,飞行员:Robert White, 美国, 北美航空,X-15 (火箭式飞机)
1965年 3750 千米/小时,飞行员:W.Daniel, 美国, 洛克希德 SR-71 黑鳥 (喷气式飞机)
1966年 7214 千米/小时,飞行员:William Joseph Knight, 美国, 北美航空 X-15 (火箭式飞机)
2004年 7700 千米/小时,无人驾驶,美国, 波音 X-43A (喷气式飞机)

Image 奥维尔·莱特

Image 维尔伯·莱特

莱特兄弟即奥维尔·莱特(Orville Wright,1871年8月19日-1948年1月30日)和维尔伯·莱特(Wilbur Wright,1867年4月16日-1912年5月12日),通常被认为是第一架比空气重的可操控动力飞行器的发明者和制造者[1]。


奥维尔·莱特
维尔伯·莱特


维尔伯1867年出生于印第安纳州的米尔维尔,奥维尔1871年出生于俄亥俄州的代顿,两兄弟都接受了中学的教育但都未获得文凭。

莱特兄弟在代顿长大,并于1892年在代顿开办了一家自行车修理、设计和制造公司,以此来资助他们对于飞行越来越浓厚的兴趣。在前人的研究成果的基础之上,他们于1899年开始了他们的机械航空试验。和其他人相比,莱特兄弟更加侧重于加强飞行器控制技术,而不是光光追求动力的提升,来达到使飞行器升空的目的。他们研制了三轴控制,并且建立了一系列的控制原理,其中的一些至今仍在使用。

莱特兄弟的早期研究是建立在当时的航空学文献的基础上的,但是他俩很快发现斯密顿系数(一个提升和拖拽公式中的变量)是错误的,利用他们的雇员查理•泰勒建造的风洞,他们测试了超过两百种不同形状的机翼,并最终制定出他们自己的机翼形状和空气压力之间的关系表。他们在自行车、齿轮、自行车引擎和(骑自行车时保持)平衡等方面取得的经验和成果,对他们今后在制造机械飞机中所取得的成功是至关重要的。

值得注意的是,在整个研究工程中,兄弟俩始终在一起工作,因此他们所做出的贡献也是不可分割的。

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莱特飞行器

空气调节系统

Posted: 09-09-08 Tue 8:26 pm
by 潘国山
历史

在超过一千年前,波斯已发明一种古式的空气调节系统,利用装置于屋顶的风杆,以外面的自然风穿过凉水并吹入室内,令室内的人感到凉快。[1]

19世纪,英国科学家及发明家麦可·法拉第(Michael Faraday),发现压缩及液化某种气体可以将空气冷冻,此现象出现在液化氨气蒸发时,当时其意念仍流于理论化。

1842年,佛罗里达州医生约翰·哥里(John Gorrie)以压所落成的新大楼设有中央空调。一名新泽西州Hoboken的工程师Alfred Wolff协助设计此崭新的空气调节系统,并把技术由纺织厂迁移至商业大厦,他被认为是令工作环境变得凉快的先驱之一。

1902年后期,首个现代化,电力推动的空气调节系统由韦利士·夏维兰·加利亚(1876年-1950年)发明。其设计与Wolff的设计分别在于并非只控制气温,亦控制空气的湿度以提高纽约布克林一间印刷厂的制作过程质素。此技术提供了低热度及湿度的环境,令纸张面积及油墨的排列更准确。其后,加利亚的技术开始用于在工作间以提升生产效率,开利工程公司亦在1915年成立以应付激增的需求。在逐渐发展下,空气调节开始用于提升在家居及汽车的舒适度。住宅空调系统的销量到1950年代才真正起飞。建于1906年,位于北爱尔兰贝尔法斯特的皇家维多利亚医院,在建筑工程学上具有特别意义,被称为世界首座设有空气调节的大厦。

1906年,美国北卡罗莱纳州夏洛特的Stuart W. Cramer正找寻方法增加其南方纺织厂的空气湿度。Cramer把技术命名为空气调节,并在同年将其用于专利申请中,作为水调节(water conditioning)的代替品。水调节当时是一个著名的程序,令纺织品的生产较容易。他把水汽与通风系统结合以“调节”及转变工厂里的空气,控制纺织厂中极重要的空气湿度。韦利士·加利亚使用此名称,并把它放进其1907年创办的公司名称:“美国加利亚空气调节公司” (今开利公司)。

最初的空调、电冰箱使用氨、氯甲烷之类的有毒气体。这类气体泄露后会酿成重大事故。Thomas Midgley, Jr.在1928年发明了氯氟碳气体(chlorofluorocarbon gas), 并将其命名为氟利昂。 这种制冷剂对人类安全得多,但是对大气臭氧层有害。 氟利昂是杜邦公司CFC、HCFC或HFC类冷冻剂的商标,其中每一类冷冻剂名称还包括一个数字,以表示其成分的分子组成(例如R-11, R-12, R-22, R-134)。其中,在直接蒸发式适度冷却产品领域应用最广的R-22 HCFC制冷剂将于2010年起停止用于新生产的设备中,并于2020年彻底停止使用。R-11和R-12在美国已经停产。作为替代品,一些对臭氧层无害的制冷剂已投入使用, 包括商品名为“Puron”的制冷剂R-410A。

空气调节的种类

冷冻循环

冷冻循环示意图:1) 凝结盘管,2) 扩张阀,3) 蒸发盘管,4) 压缩机在冷冻循环中,热泵把热力由一个低温热源传送到另一个较高温的散热装置,热力会自然地以相反方向流动。这是最普遍的空气调节方式。冰箱的运作原理与此相当接近,把热力由冰箱内部传送至冰箱外的空气中。

此循环使用了普适气体定律(universal gas law) PV = nRT,P代表气压,V代表体积,而R则代表普适气体常数,T代表温度,n则是气体的摩尔数量 (1 摩尔 = 6.022×1023 粒子)。

最常见的冷冻循环使用电动马达推动一个压缩机。在汽车上,压缩机是由引擎的曲轴透过滑轮推动,两者皆使用电动马达作空气循环。由于热力被吸收时会产生蒸发现象,而热力释放时会产生凝结,空气调节机使用压缩机在两个间隔之间造成压力的转变,并以泵令冷冻剂流动。冷冻剂将被泵入较冷的间隔(蒸发盘管),而低压及低温令冷冻剂蒸发成蒸气,并吸取热量。在另一间隔(凝结器),冷冻剂的蒸气被压缩并经过另一热力交换盘管,凝结成为液体,并释放出先前在冷间隔中所吸收的热量

湿度

冷冻空气调节器材通常会降低已处理空气的湿度。比较冷(低于露点)的蒸发盘管把已处理空气的水蒸气凝结,正如冷饮品会令容器外空气中的水蒸气凝结一样,水份将经过污水管流走,如此会去除了冷冻空间中的水蒸气,并使相对湿度降低。由于人体会自然地透过蒸发排出的汗水以降低体温,较干燥的空气会提高人体的舒适度。舒适的空气调节系统通常设计成可排放出相对湿度介乎40%至60%的空气。在食品零售商的物业中,大型开放式冷冻柜可作为高效率的空气抽湿器材。

一些空气调节器材只会令空气干燥而不会降低其温度,其运作方式与一般空气调节器材相似,只是在空气抽入口与排放口之间加入一个热力交换器,加上对流式风扇,在热带潮湿的气候下可达到与冷气机相近的舒适程度,但只消耗约1/3的电力。这种空调机亦适合一些对较冷空气感到不舒服的人。

制冷剂(冷媒)

氟利昂(Freon,氯氟甲烷)是一系列由杜邦化工及其他公司生产的氯氟烃化学品的商标名称。这些冷冻剂因具有很高的稳定性及安全性而被广泛使用。但有证据显示这些含有氯成份的冷冻剂在释放出大气时会升到大气层的上层,其化学作用尚未清楚,但被认为是CFC在同温层被紫外线照射而分解,放出氯气粒子。氯粒子成为使臭氧分解的催化剂,令为地球防止紫外线照射的臭氧层被严重破坏。氯气会继续成为催化剂,直至其与其他粒子组成稳定状态为止。少见但已被禁止生产的CFC冷冻剂包括R-11及R-12。逐渐禁止生产的冷冻剂包括HCFC (R-22,普遍用于家居中) 及 HFC (R-134a,用于汽车上) 已完全取代CFC。而根据蒙特利尔协定(Montreal Protocol),HCFC亦已逐渐被淘汰,由氢氟碳化物(hydrofluorocarbons,HFC)如 R-410A,R404 代替,并无氯化物成份。

除了化学制冷剂或化学混和制冷剂的使用之外,传统使用天然制冷剂(冷媒)氨气来制作冰块,但是因氨气物理特性之影响(如可燃性、毒性、恶臭及腐蚀性),并不适合于家用传统空调环境使用。多使用于渔船或工业制冰使用。另一发展中之天然制冷剂(冷媒)为二氧化碳。因其超临界压缩特性,使用于热水热泵有极佳的优势。

Posted: 09-09-08 Tue 11:07 pm
by 老黄
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