來源:百度文庫 2010-08-30 17:26:05
第七章熱的現(xiàn)象 7.21“飲水小鴨”
有一種中國的兒童玩具,誰見了都覺得奇怪。它的名字叫“飲水小鴨”。把這小鴨放在一杯水前面,小鴨就會俯下身去把嘴浸到懷里,“喝”完一口水,又直立起來?墒侵绷⒁粫䞍,又會慢慢俯下身去,等到鴨嘴夠到了水,“喝”了一口,又會直立起來。這種玩具是“不花錢”的發(fā)動機的一個典型。它的活動的機構(gòu)是很巧妙的,請看圖89,小鴨的“身體”是一根玻璃管,管的上端是一個小球,做成鴨頭的樣子,連著扁嘴。管的下端連一個較大的玻璃球,也是密封的。球里面裝有液體,玻璃管下端浸沒在液面下。
要使小鴨能夠活動,必須用水打濕鴨頭。鴨頭打濕以后,有一段時間小鴨還能保持直立的姿勢,因為下端的玻璃球和里面的液體比鴨頭重,F(xiàn)在看它會發(fā)生什么變化。我們看到液體開始沿著玻璃管上升(圖90)。當(dāng)液面升到玻璃管上口的時候,上部就變得比下部重,于是小鴨就嘴向前把身子俯到杯子上。當(dāng)小鴨的身子俯到水平位置的時候,下端玻璃管的開口就會露出液面來,玻璃管里的液體也就流回下端的大玻璃球。于是小鴨的“尾部”又變得比頭部重,使小鴨恢復(fù)直立的位置,F(xiàn)在我們明白了這個問題的力學(xué)方面的作用:液體的升降改變了重力的分布情況,簡單地說,就是改變了重心。可是使液體上升的,又是什么力量呢?
小鴨內(nèi)部的液體是醚。醚在室溫里很容易蒸發(fā),而醚的飽和蒸氣所產(chǎn)生的壓力又會隨溫度的改變而劇烈改變。
在小鴨直立著的時候,可以看出有兩個獨立的醚蒸氣區(qū)域:一個在頭部,一個在尾部。
鴨子的頭部有一種奇妙的性能:只要用水把它打濕,那里的溫度就會變得比周圍溫度稍微低一些。要做到這一點也不困難,只要把鴨頭的表面用善于吸水又容易讓水分蒸發(fā)的多孔材料來做就成了。水分劇烈蒸發(fā)的時候,鴨頭上的溫度會變得比下面玻璃管和大玻璃球里的溫度低。這又轉(zhuǎn)過來會使頭部那個小玻璃球里的飽和蒸氣冷凝,壓力也就隨著降低。于是下部那個大玻璃球里的比較大的壓力就會擠壓液體,使它順著玻璃管上升。重心移動位置了,小鴨就慢慢俯下身子一直到水平的位置。在這個位置里,有兩個過程各自獨立地進行著。第一,小鴨的嘴浸了一下水,這樣就又把自己頭上的棉套子打濕。第二,上下兩部分的飽和蒸氣混合了,壓力也變得一樣了(由于吸收了周圍空氣的熱量,蒸氣的溫度略有上升),同時玻璃管里的液體,也在本身的重量作用下流入下端的大玻璃球。于是小鴨又直立了起來。
這個玩具會不斷地自動活動下去,只要讓它頭上的棉套子繼續(xù)被打濕,而周圍空氣的濕度又不太大,能夠保證正常的蒸發(fā),也就是保證頭部的溫度能夠相對地降低。這樣看來,小鴨頭部的水不斷蒸發(fā)所吸取的周圍空氣的熱量,就是使這種奇妙的小鴨能夠活動的原動力。這種小鴨是“不花錢”的發(fā)動機的一個極其明顯的例子,但它并不是什么“永動機”。
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