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冰箱壓縮機(jī)可以改什么好處(冰箱壓縮機(jī)可以改什么好處和壞處)

 

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前沿拓展：冰箱壓縮機(jī)可以改什么好處

應(yīng)該是結(jié)霜吧？？？結(jié)冰的話是一整塊堅(jiān)硬的冰。結(jié)霜是管子表面一層白白的霜。一定要講清楚這種狀態(tài)才好判斷。如果是結(jié)霜，那基本肯定這臺(tái)冰箱修理過(guò)，制冷劑充的可能過(guò)多了些，導(dǎo)致壓縮機(jī)一直工作，制冷效果差了，制冷液不是越多越好的。如果是結(jié)冰塊，那說(shuō)明管路部分可能內(nèi)漏也可能毛細(xì)管臟堵或冰堵。正常情況壓縮機(jī)旁的兩根管子摸上去一根會(huì)趕緊暖暖的，一根會(huì)感覺(jué)涼涼的，并且涼涼的這根有時(shí)表面會(huì)有露水。反正壓縮機(jī)旁邊管子結(jié)冰或者結(jié)霜都屬不正常。唉，你貪圖便宜了，壞冰箱修理起來(lái)不劃算的很。現(xiàn)在舊冰箱回收壞的30元，好的也才50元啊 

 

 

你敢相信嗎？橡皮筋也能用來(lái)制冷，甚至可以用它來(lái)制作一臺(tái)“冰箱”！

 

今年10月11日，南開(kāi)大學(xué)劉遵峰教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)達(dá)拉斯分校雷·鮑曼（Ray H.Baughman）教授團(tuán)隊(duì)在《Science》上發(fā)表一篇論文，描述了扭轉(zhuǎn)熱制冷的現(xiàn)象。

 

他們發(fā)現(xiàn)，把橡膠纖維、尼龍線、聚乙烯釣魚(yú)線、鎳鈦合金線充分拉伸、扭轉(zhuǎn)并快速釋放，可以起到為周邊環(huán)境降溫的效果。這使得“橡皮筋制冷”不再是天方夜譚。

 

 

為什么扭轉(zhuǎn)后的材料有吸熱制冷的本領(lǐng)呢？有沒(méi)有可能用橡皮筋制作出一臺(tái)真正可以使用的冰箱呢？

舊理論與新發(fā)現(xiàn)

故事要從200多年前說(shuō)起。那時(shí)雙目失明的英國(guó)自然與實(shí)驗(yàn)哲學(xué)家高夫（John Gough）憑借著他對(duì)溫度細(xì)膩的感知能力發(fā)現(xiàn)：迅速拉伸橡皮筋時(shí)，周?chē)諝鉁囟葧?huì)上升；橡皮筋快速收縮時(shí)，溫度會(huì)下降。

 

50年后，物理學(xué)家焦耳（JamesJoule）從科學(xué)的角度證實(shí)了這種現(xiàn)象的存在，人們把這種現(xiàn)象稱(chēng)為彈熱效應(yīng)，或是“高夫-焦耳效應(yīng)”。

焦耳（James Joule）

 

不過(guò)這種效應(yīng)一直沒(méi)有受到發(fā)明家們的重視。原因很簡(jiǎn)單，要想讓橡皮筋吸收足夠的熱量，達(dá)到制冷的效果，就要預(yù)先把它拉到原來(lái)的6~7倍長(zhǎng)，這樣很占用空間，也很難設(shè)計(jì)出一臺(tái)反復(fù)不斷拉伸橡皮筋的機(jī)器。

 

更重要的是，橡皮筋彈熱效應(yīng)的制冷效率僅僅約30%。這種“冰箱”消耗的能量只有很少一部分能量用于制冷，大部分都被浪費(fèi)掉了。

 

那么，有沒(méi)有別的辦法，讓彈熱效應(yīng)更加顯著，效率更高呢？

 

時(shí)間回到現(xiàn)在，從事材料研究的劉遵峰教授時(shí)常要對(duì)材料進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、解除扭轉(zhuǎn)等處理，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程中材料往往伴隨著吸熱與放熱，與彈熱效應(yīng)十分相似。那么，與扭轉(zhuǎn)相伴而來(lái)的熱量變化能否用于制冷呢？

 

于是，劉遵峰團(tuán)隊(duì)與得克薩斯州立大學(xué)的雷·鮑曼（Ray Baughman）教授合作，用不同的材料開(kāi)展了一系列關(guān)于扭轉(zhuǎn)制冷的實(shí)驗(yàn)。

左：劉遵峰，右：雷·鮑曼（Ray Baughman）

 

他們把橡膠纖維充分扭轉(zhuǎn)并同時(shí)拉伸1倍，橡膠纖維被迅速釋放后，其制冷效果相當(dāng)于把同樣的橡膠纖維直接拉伸7倍后釋放。

 

在其他材料上也有相同的現(xiàn)象，扭轉(zhuǎn)熱效應(yīng)的降溫效果遠(yuǎn)超單一的彈熱效應(yīng)。并且，扭轉(zhuǎn)程度越高，被釋放時(shí)的降溫越明顯。

 

 

劉遵峰團(tuán)隊(duì)還用3根鎳鈦記憶合金絲制作了一臺(tái)“扭轉(zhuǎn)熱冰箱”模型。該裝置將3根合金絲的兩端固定后同時(shí)扭轉(zhuǎn)，然后迅速釋放扭轉(zhuǎn)，并將待冷卻的水注入。被瞬間釋放的合金絲吸收周?chē)臒崃浚顾臏囟冉档汀?/p>

 

經(jīng)過(guò)測(cè)量與統(tǒng)計(jì)，這個(gè)“扭轉(zhuǎn)熱冰箱”可以讓水溫下降7.7℃，并具有很高的效率，超過(guò)了普通壓縮機(jī)冰箱內(nèi)的制冷劑。

“扭轉(zhuǎn)熱冰箱”模型

 

不過(guò)，這種“橡膠纖維制冷”冰箱還僅停留在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，要想真正問(wèn)世，為我們所用，還需要克服一系列技術(shù)上的難關(guān)，并接受市場(chǎng)的考驗(yàn)。

扭轉(zhuǎn)熱制冷的原理

說(shuō)到這兒，我們知道了扭轉(zhuǎn)并快速釋放物體會(huì)使它吸收熱量的現(xiàn)象。那么這個(gè)現(xiàn)象背后，到底藏著怎樣的物理原理呢？

 

要想探究扭轉(zhuǎn)熱效應(yīng)的本質(zhì)，我們需要進(jìn)入微觀世界，看看被扭轉(zhuǎn)的物體內(nèi)部發(fā)生了什么。

 

以尼龍線、聚乙烯釣魚(yú)線為例，它們都是高分子材料，由許多長(zhǎng)鏈狀的分子構(gòu)成，當(dāng)被充分扭轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部分子的形狀和分子之間的排列方式會(huì)發(fā)生改變，形成新的微觀結(jié)構(gòu)；當(dāng)扭轉(zhuǎn)被釋放，其內(nèi)部又會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的微觀結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程叫做相變。

被扭轉(zhuǎn)的尼龍和聚乙烯線

 

大家不要被相變這個(gè)新名詞嚇到，我們每天都在和它打交道。現(xiàn)在，北京二環(huán)邊上的護(hù)城河已經(jīng)結(jié)了一層冰，水結(jié)成冰、冰熔化成水就是生活中最常見(jiàn)的相變。

 

有些相變伴隨著熱量的吸收與釋放。當(dāng)水結(jié)成冰時(shí)會(huì)向外界放出熱量，當(dāng)冰化成水時(shí)會(huì)向外界吸收熱量。

 

聚乙烯釣魚(yú)線也一樣，當(dāng)它被充分扭轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生相變，同時(shí)向外界放出能量，使外界溫度升高。

 

當(dāng)扭轉(zhuǎn)被釋放，釣魚(yú)線回到舒展、松弛的狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)也通過(guò)相變回到了原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)吸收外界的熱量，使外界溫度降低，達(dá)到制冷的目的。

 

鎳鈦合金絲的制冷原理也與之相同，被充分扭轉(zhuǎn)的鎳鈦合金絲內(nèi)部為馬氏體結(jié)構(gòu)，扭轉(zhuǎn)被釋放后，發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體結(jié)構(gòu)，同時(shí)吸收熱量，為外界降溫。

扭轉(zhuǎn)熱冰箱如何制作

說(shuō)到這里，可能有小伙伴會(huì)產(chǎn)生這樣的疑問(wèn)：雖然迅速釋放扭轉(zhuǎn)的材料可以為外界降溫，但是扭轉(zhuǎn)材料本身是需要放出熱量并使環(huán)境溫度增加的。

 

熱量一會(huì)兒被吸收，一會(huì)兒又被釋放，外界溫度難道不會(huì)也隨之一會(huì)兒降低，一會(huì)兒增加嗎？怎么能保證這個(gè)冰箱能持續(xù)地制冷呢？

 

這個(gè)問(wèn)題在理論上很好解決，我們家家戶戶都有的空調(diào)和壓縮機(jī)冰箱就能告訴我們答案。

 

如果你仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，夏天屋里空調(diào)吹冷風(fēng)時(shí)，室外機(jī)就會(huì)源源不斷地向外涌出熱風(fēng)；冰箱正常制冷時(shí)，冰箱門(mén)里冰冰涼涼的，而冰箱的外表面卻很溫?zé)帷?/p>

 

其實(shí)冰箱和空調(diào)并會(huì)不憑空地讓熱量消失，而是把熱量從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到了另外一個(gè)地方，一邊為一個(gè)地方制冷，一邊為另一個(gè)地方加熱。

 

傳統(tǒng)壓縮機(jī)冰箱的原理和“扭轉(zhuǎn)熱冰箱”的原理有相似之處，都是靠著某一種物質(zhì)相變帶來(lái)的熱量變化來(lái)制冷和加熱的。

 

壓縮機(jī)冰箱內(nèi)循環(huán)流動(dòng)著制冷劑，制冷劑相變帶來(lái)的熱量變化可以為冰箱內(nèi)部制冷。

 

液態(tài)的制冷劑經(jīng)過(guò)靠近冰箱內(nèi)壁的蒸發(fā)器后，會(huì)蒸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，同時(shí)吸走大量熱量，給冰箱內(nèi)降溫。

 

隨后，氣態(tài)制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)加壓，并經(jīng)過(guò)靠近冰箱外側(cè)的冷凝器冷凝，從氣態(tài)再次轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，同時(shí)釋放大量熱量，使冰箱外的溫度升高。

 

液態(tài)的制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流毛細(xì)管減壓，再次來(lái)到蒸發(fā)器中發(fā)生相變，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)往復(fù)下去，就能為冰箱內(nèi)部持續(xù)地制冷。

 

 

講到這里，想必聰明的小伙伴已經(jīng)想到了解決的思路。

 

當(dāng)材料被扭轉(zhuǎn)，發(fā)生相變并放熱時(shí)，將冰箱內(nèi)部與該材料隔絕，只允許熱量從被扭轉(zhuǎn)的材料向外傳遞，為冰箱外側(cè)加熱。同時(shí)，需要用散熱器將冰箱外側(cè)過(guò)多熱量排出。

 

當(dāng)扭轉(zhuǎn)的材料被迅速釋放，恢復(fù)成原來(lái)的樣子，發(fā)生相變并吸熱時(shí)，將冰箱外部與該材料隔絕，只允許冰箱內(nèi)的熱量被吸走，從而降低冰箱內(nèi)溫度。

 

這樣一來(lái)，經(jīng)過(guò)材料不斷地被扭轉(zhuǎn)、被釋放，冰箱內(nèi)的熱量會(huì)一次次地被吸走并最終轉(zhuǎn)移到冰箱外側(cè)。

 

 

不過(guò)，壓縮機(jī)冰箱的制冷劑是液體或固體的形態(tài)，可以不斷地流入流出冰箱，交替地為冰箱內(nèi)外制冷或加熱。

 

像合金絲這樣的固體材料，需要固定在一個(gè)特定的位置，如何讓它只向冰箱內(nèi)吸收熱量，并且只向冰箱外釋放熱量成為了棘手的難題。這也是阻礙“扭轉(zhuǎn)熱冰箱”從實(shí)驗(yàn)室走向千家萬(wàn)戶的瓶頸。

 

也許未來(lái)的科學(xué)家、工程師或是現(xiàn)在正在讀這篇文章的你能腦洞大開(kāi)，設(shè)計(jì)出一種新型的傳熱機(jī)構(gòu)，讓“扭轉(zhuǎn)熱冰箱”能更方便日常地供我們使用與操作，最終進(jìn)入尋常百姓家。

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