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讓屋內變涼的妙招?

真相追追追

屋內之所以會變得涼快,影片提及「張口對著手掌哈氣感覺溫度較高,嘟嘴吹氣則感覺溫度較低」,25秒處則解讀為「當熱空氣流入較小的通道後,溫度就會下降」,真的是這樣嗎?

一份「臺北縣立高中職98 學年度教師聯合甄選」的物理科考題中也出現這樣的題目:「解釋為什麼張口哈氣時,哈出的氣體溫度較高,而噘口吹氣時,吹出的氣體溫度較低」。該份試題提供的答案是:「張口哈氣時,口腔內的氣壓與外界大致相同,因此哈出的氣體約與體內溫度相同,因此會覺得熱熱的。噘口吹氣時,口腔內氣壓比外界高,當氣體到口腔外時會膨脹,因此會對外界做功,溫度會下降」。看到這樣的解答令我感到十分的訝異,這可是一份會影響物理教師能否被聘任的試題,出現這樣的錯誤實在令人遺憾。上網搜尋相關的資料時,發現這份試題的命題者可能是取材自國內某個物理問題討論區,因為該試題解答與那位版主的 論述相同,接著又發現持有這種觀點的人 還真不少

為了驗證是否真的是絕熱膨脹效應所導致,經實際測量煮開水時距離壺口約10公分處的氣體溫度,發現僅約40℃,會造成這麼大的冷卻效果不可能是絕熱膨脹所造成。因為在對流層的氣溫梯度是每上升1公里,溫度會因為氣體絕熱膨脹的因素而下降6.5℃。由於上升1公里的氣壓下降8/76 atm,而煮開水時壺蓋不會被噴開,就可以證明壺蓋的內外壓力差不會比壺蓋重量所造成的壓力大。以下列這個實驗的壺蓋為例,其重量90克重、直徑10公分,重量所造成的壓力也約僅有1/1000 atm。因此可以判斷在這麼微小壓力差的驅使之下,蒸汽經由壺嘴噴出之後,因為絕熱膨脹所造成的溫度下降量就應該遠比6.5℃少很多。那麼煮開水這種高達60℃的冷卻效應(請不要忽略水蒸氣的凝結熱更可觀),就不是絕熱膨脹的因素所造成。那麼到底是甚麼因素會有這麼大的冷卻效果呢?請看以下的說明

所以噘口吹氣是由於通過邊界所夾帶外界空氣進來的引射流,由於氣溫比體溫低,藉由參混作用與口內吹出較暖的氣體混合,從而達到降低稀釋氣體的平均溫度,這與絕熱膨脹風馬牛不相及。

結論:
在孟加拉這個影片中,這些房子是鐵皮屋,屋內若通風不良,室溫就會比屋外的氣溫高(e.g.夏日正午陽光照射時,車門窗緊閉而未開空調的汽車內),寶特瓶所做的裝置只是提供一個讓戶外空氣流入屋內的機制。由於使用該裝置時不一定有風,而且風向也未必是吹入寶特瓶的方向,因此冷卻效果應比不上直接開窗有效。

另外,由於屋內溫度高於戶外,熱空氣會因密度較小而上升,所以若改成在屋頂裝設有利於對流的通風器會更有助於排熱。

如果考慮到通風器因價昂而難以推廣,由於孟加拉這個影片中房子很密集,屋頂上的風速應該會大於地面處,所以加個煙囪也行,然後借由風將蓄積在屋內的熱空氣更有效率的抽走

評論8

  1. Ze Ying Chen

    不好意思,上一篇不小心按到刪除,
    想再請教鄭老師
    若風正對著寶特瓶寛口,那窄口出來的風會變快嗎?
    因白努力定律的關係?
    那較快的風吹到身體上,是否會比把牆拆了直接讓風吹到身上,感覺來的涼呢?
    若該發明的重點是,讓吹到人身上的風變強(以讓皮膚降溫),或許還是有用的?
    謝謝

  2. 鄭永銘

    在穩定狀態下,由於單位時間內從寬口端所流入的空氣質量等於從窄口端流出的空氣質量,因此ρ1A1V1=ρ2A2V2,因為ρ1與ρ2差異不大,所以在窄口內部的空氣流速會變快沒錯。但是氣流一旦離開窄口端後,由於房間中的空氣會被捲入這個較高速的氣流而達成流量變多的狀態,因此只要氣流離開窄口端一段距離後,就不會增加空氣的流速了,否則就違背能量守恆。

  3. 鄭永銘

    在穩定狀態下,由於單位時間內從寬口端所流入的空氣質量等於從窄口端流出的空氣質量,因此ρ1A1V1=ρ2A2V2,因為ρ1與ρ2差異不大,所以在窄口內部的空氣流速會變快沒錯。但是氣流一旦離開窄口端後,由於房間中的空氣會被捲入這個較高速的氣流而達成流量變多的狀態,因此只要氣流離開窄口端一段距離後,就不會增加空氣的流速了,否則就違背能量守恆。

  4. 鄭永銘

    在穩定狀態下,由於單位時間內從寬口端所流入的空氣質量等於從窄口端流出的空氣質量,因此ρ1A1V1=ρ2A2V2,因為ρ1與ρ2差異不大,所以在窄口內部的空氣流速會變快沒錯。但是氣流一旦離開窄口端後,由於房間中的空氣會被捲入這個較高速的氣流而達成流量變多的狀態,因此只要氣流離開窄口端一段距離後,就不會增加空氣的流速了,否則就違背能量守恆。

  5. 詹宗穎

    關於影片 我個人真的很好奇其真實性 根據個人的物理學認知 我真的不太相信這有效果 但 根據影片 一開始是一扇大窗 等把它拆了之後 室內開始比較明顯有風 再加上 這影片的作假可能 感覺不高(因為感覺得不到好處XD) 所以我也很納悶 究竟是我們太流於課本理論 而忽略了實際效果 還是這影片有假了~“~

    最後 補上一段內文的討論

    「由於上升1公里的氣壓下降8/76 atm,而煮開水時壺蓋不會被噴開,就可以證明壺蓋的內外壓力差不會比壺蓋重量所造成的壓力大。」根據這段 個人認知 壺蓋不會被噴開 應該不是由壺蓋重量造成的 應該是由壺蓋與壺口之間的摩擦力來決定的吧XD
    所以有些汽笛水壺 蓋的夠緊才會有汽笛聲 蓋得不夠緊或壺蓋甚至是氣笛有變形才會造成汽笛聲出不來吧@@”

  6. 鄭永銘

    >真的不太相信這有效果
    這我倒是有做了驗證,以IR溫度計測得的溫度(3位數字),進氣口與出氣口的數據相同
    https://uploads.disquscdn.com/images/ece82ca6b02662876e63735688e56ee9c301ee007ff7679ee89c833ffee666b2.jpg

    >應該是由壺蓋與壺口之間的摩擦力來決定的吧
    我那個壺蓋與壺體之間幾乎沒有沒甚麼摩擦力,因為輕輕一放就自己陷進去了^^。影片中的壺蓋之所以不會被蒸氣噴開,應該還是壺嘴已有洩壓的管道,因此內外壓力差比壺蓋重量造成的壓力還小

    >我們太流於課本理論
    I can’t agree more!

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