#新浪科技综合#为了让你过好夏天，你知道科学家们有多努力吗？新浪科技综合2020-08-30 10:48:460阅

【#新浪科技综合#为了让你过好夏天，你知道科学家们有多努力吗？新浪科技综合2020-08-30 10:48:460阅】来源：中科院物理所
夏天真是让人又爱又恨的季节，小编早早就准备好了空调、Wi-Fi、西瓜夏日消暑标配神器。酷暑难耐，想必很多人和我一样，半条命都是空调给的。不过大家有没有想过温度是如何降下来的？

文章图片
图1/23最简单的方式当然是扇风。虽然吹风不能使空气的温度降低，但是空气的流动会加速皮肤表面汗水的蒸发作用，从而将体表的热量带到空气中，达到散热降温的作用。
电风扇便是利用了电机转动带动扇叶转动，扇叶与旋转面呈一定角度，旋转时以斜切的方式挤压受力面的空气，从而产生气流。扇叶做成流线型可以避免不必要的摩擦损耗动能，同时可以减小噪音。扇叶旋转时上部空气受力“流走”而原来所在的位置会产生负压。而下部空气因为负压“流入”该区域，形成连续的空气流动。

文章图片
图2/23扇叶旋转时空气流动示意图无叶风扇近几年也好好地火了一把，其外表看起来高级炫酷，无叶设计不会覆盖尘土或者伤害到儿童的手指。可能不少朋友会好奇无叶风扇没有扇叶，风是从哪里来的？

文章图片
图3/23无叶风扇工作图无叶风扇最早于1981年由日本东京芝浦公司取得设计专利，在2009年由英国的詹姆斯·戴森（James Dyson）制造及投入市场。但它并非真正无扇叶，实际上只是扇叶隐藏在底座里面。无叶风扇的底座设有离心式压缩机，以叶片旋转在底座四周吸入空气、增压，推送至风扇顶部的中空的管状环，管状环上一端有幼窄的缝，空气自此窄缝喷出，喷出的方向使被喷出的空气沿管状环的内壁前进，由于内壁的横切面成翼型，基于伯努利定律使得在空气喷出环的一边的内壁表面成形成低压，如此，形成环中心前方较后方低压，后方的空气因而被拉进往前，环内的大量空气因此被牵引喷出。詹姆斯·戴森的原设计中，底座中使用无刷电动机推动压缩机每秒吸入27L的空气，而环状出气装置却有每秒405L的空气喷出，因此又称为“空气倍增器” 。

文章图片
图4/23无叶风扇工作原理图 当然吹风并不能真正实现温度降低，要想实现科学降温，就不得不利用热力学的知识。在现代技术中，一般有三类方法来实现低温：一类利用低温冷剂，一类通过气体动力学作功，还有一类则是利用某些物理化学现象，如热电效应、顺磁效应、隧穿效应等。

文章图片
图5/23隧穿效应 | 来源：新原理研究所温度是表征物体冷热程度的物理量，微观上来讲是分子热运动的剧烈程度，理想气体分子平均平动动能为：

文章图片
图6/23其中 m 是分子质量，

文章图片
图7/23是分子平方平均速率， k 是玻尔兹曼常数， T 是温度。这说明温度越高，分子运动越剧烈。物体间的温度差会引起热能传递现象。热传递主要存在三种基本形式：热传导、热辐射和热对流。只要在物体内部或物体间有温度差存在，热能就必然以以上三种方式中的一种或多种从高温到低温处传递。

文章图片
图8/23使用冰块作为低温冷剂降温的鸡尾酒低温冷剂便是利用低温物体与高温物体接触实现高温物体的降温，比如在可乐里加冰块，还有物理所传统技艺——液氮冰淇淋。聪明的古人早在周代就开始在冬天采集冰块放入冰窖储藏，等夏天再取出来消暑。到了现代社会，随着空气液化技术和杜瓦技术成熟，这种简单粗暴的制冷方式不但没有淘汰，反而应用于各种高大上的实验设备中，比如扫描隧道显微镜（STM）、磁学测量系统（MPMS）等。常压下液氮的液化温度为77K（-196℃）、液氦液化温度为4.2K（-268.95℃），可以为物理实验提供稳定的低温环境，尽可能排除热涨落的干扰，从而观察到一些奇妙的量子现象。

文章图片
图9/23要谈气体动力学制冷，就得直面大名鼎鼎的“卡诺循环” 。 1824年，法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺提出了卡诺循环（Carnot cycle）来分析热机的工作过程。

文章图片
图10/23卡诺循环卡诺循环是假设只有两个热源（一个高温热源温度T1和一个低温热源温度T2）的简单循环。由于工作物质只能与两个热源交换热量，所以可逆的卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，在理想气体的准静态过程中进行能量转化：等温膨胀过程I→II（在高温热源吸热 Q1 ）；绝热膨胀过程II→III（ΔQ=0）；等温压缩过程III→IV（在低温热源放热 Q2 ）；绝热压缩过程IV→I（ΔQ=0）。整个循环中气体对外所作的净功 W 应等于气体在循环中所吸收的净热量 Q1-Q2。理想的卡诺循环效率为（详细计算过程可查《热力学·统计物理》）：

#新浪科技综合#为了让你过好夏天，你知道科学家们有多努力吗？新浪科技综合2020-08-30 10:48:460阅

推荐阅读

「菡户寻云」不联网就能保住数据安全？黑客利用风扇就能窃取

养生董医师|可远离高血压和糖尿病，前两点容易，第三点却很难，3个饮食习惯

原汁鲍鱼

苹果|标准版成丐中丐！iPhone 14系列配置图出炉：低配依然60Hz刘海屏、无缘A16

长盈精密上半年净利润2.29亿元，同比增长91.1%

别人说老牛吃嫩草,我应该怎么回答,别人说自己老牛吃嫩草怎么回复-

「国际金融报」瑞幸咖啡股价暴跌超70%！两岁即上市神话要凉，自曝伪造交易22亿

意义|华德福冬至庆典“深冬花园”的意义

小号撩车|10.88万起全系三缸发动机，新款福克斯上市

松茸怎样冷冻保存视频松茸怎样冷冻保存

比亚迪汉|听了同事的建议，花27万提辆比亚迪汉EV，车主：我想说句良心话！

花甲怎么开壳

炒新|最赚钱新股双双开板：一签20万，算不算牛过中芯国际？业内：科创板炒新逻辑有别

Lombok入门使用教程及其优缺点详解

詹姆斯|西强东弱？湖人是第一！詹姆斯回应MVP之争，美媒：灭霸詹将上线

阵容|云顶之弈10.16新版最强上分阵容推荐重秘宇航狙阵容攻略详解

|洗米华与Mandy复合引热议：他知道愧对妻子，并曝出自己很无奈

小纪谈育儿|但准妈妈也不要盲目跟风，容易吃亏，顺产虽好

艺术品|1956年的5分硬币，收藏价值怎么样？

邀请丁真看海？湖南卫视元旦又在“搞事情啦”