电风扇+矿泉水瓶秒变制冷神器 真有科学依据吗？

电风扇+矿泉水瓶秒变制冷神器 真有科学依据吗？ 这个方法真的行之有效吗？对此我们邀请了北京师范大学物理与天文学院教授、博士生导师严大东，从物理学的角度为公众进行解读。问：自制神器成为空调“平替”，真的有科学依据吗？答：首先要明确的是，网传在电风扇上加装矿泉水瓶代替空调达到制冷效果的说法是没有科学依据的。总体上讲，电风扇输入了电能，按照能量守恒定律，这只会增加室内的总能量，并没有把热量带到室外，因此称不上是空调。一个误解是，有人认为空气在瓶中会压缩，然后在瓶口处扩散出去，可以看成是“绝热膨胀”，导致温度降低。造成这一误解的原因在于在空气被压缩的过程中已经升温了，而在瓶口处向外膨胀降温只是相对于瓶口已经升高了的温度而言，何况这样的温度变化很小。问：塑料瓶中的空气是怎么流动的？图片来源：视频截图答：风自矿泉水瓶底吹入瓶中，由于瓶口较小，风在瓶口处会产生加速，因此，吹出的风流速快。可能会有人说，根据伯努利原理，瓶口吹出空气的压强变小。而同时空气被压缩体积也会变小，这样根据理想气体状态方程温度会降低。这一观点混淆了理想气体方程的适用性，它适用于平衡态，而由伯努利原理导致的压强变小不是平衡态。综上所述，由于吹出的风流速快，等效于电扇调高了风速档，人体感觉上会凉爽，但温度并没有明显降低。问：也有人称，将风扇对着窗外吹，效果比对着室内吹更好，这有科学依据吗？答：如果是周围环境能够提供比空气更低的温度（比如说住在平房，地面和墙壁的温度要比空气温度低），这样如果把风向外吹，会使补充进来的气流过地面和墙壁，从而使温度有所降低。前提是要做好风扇和窗户之间的密封，否则热空气会很快倒流进来。这一做法等同于在墙上装一个排风扇，因此没有太多的实用价值。问：从物理学角度，请老师推荐大家一些居家降温小妙招。答：80年代在浙大读书期间我住在的宿舍在一层，夏天室内温度高达32摄氏度。曾经在书桌上放一盆水，在上面用一个小吊扇对着这盆水吹风（同时拉上窗帘），可使室温降低2度。物理学是一门基础学科，更是现代科学和技术的基础。我们周围的客观世界，小到组成质子、中子的夸克，大到整个宇宙都是由物质构成的。希望通过科普，可以帮助大家更好地运用物理学知识去理性看待网传“空调”的科学原理与实际效果，激发大家对于未知世界的好奇心和探索精神。 ... PC版： 手机版：

电风扇上装矿泉水瓶秒变自制空调 物理亚奥金牌获得者：有科学依据

电风扇上装矿泉水瓶秒变自制空调 物理亚奥金牌获得者：有科学依据 他指出，这一创新背后蕴藏着物理学的基本原理。具体来说，当气体通过小孔时，随着孔径的减小，其温度会随之降低，这是物理学中广为人知的现象。在男生宿舍的“空调”中，电风扇吹动时，气流经过矿泉水瓶上的小孔，由于孔径较小，气体的温度因此降低，进而产生了凉爽的感觉。这其中的物理学原理涉及空气动能与热能的转换，包括“压缩空气”和“节流膨胀效应”等。这一创意激发了广大网友的浓厚兴趣。许多人纷纷效仿，尝试用冷冻的矿泉水瓶挂在电风扇前，以获取更为清凉的体验。当电风扇转动时，冷冻的矿泉水瓶释放出的冷气随风力扩散，为炎炎夏日带来了一丝丝凉意。 ... PC版： 手机版：

电风扇上装矿泉水瓶 效果堪比空调？真相来了

电风扇上装矿泉水瓶 效果堪比空调？真相来了 矿泉水瓶做“空调”，早在 2016 年 6 月，国外网站上就有类似的装置，当时被命名为“零耗电”空调（“Zero Electricity” Air Conditioner）或环保降温器（Eco-Cooler），声称能降温 5℃。这个国外的装置和最近国内流传的“电风扇+半截矿泉水瓶”的“自制空调”本质上是一样的，所不同的是国外的使用塑料瓶与木板组成的通风装置是直接装在房间的窗户上，利用的是户外的自然风，连电风扇都不用，因而噱头更大，若能实现，将是真正的“零能耗”。图片和信息来源：“空调”到底有没有效果呢？有效没效，实验室里见真章有很多人，包括中学物理教师都做过类似的实验，但并没有测量到明显的降温效果。2018 年，笔者作为上海师范大学学科教学（物理）专业研究生学位点负责人、数理学院物理系教授，指导的一篇物理学专业的本科毕业论文《对一种“不耗电空调”的检验》，对这个问题也进行过较为深入的理论分析和实验检验。在实验中，学生发现通过这个装置之后的空气温降基本上在 0.2℃ 以内，远远低于网传的 5℃，而且大部分情况是通过这个装置之后的空气温度往往有所上升。而对于“风扇+矿泉水瓶”的情况，在本文开头的视频中，我们也可以发现，通过矿泉水瓶的空气温度确实也没有显著变化。但是，确实有不少朋友反映加了矿泉水瓶确实吹起来更凉快了，这难道是错觉吗？体感温度≠温度为何加了这个装置之后，人往往有更凉爽的感觉呢？这首先要区分两个概念：实际的降温效应和体感降温效应。实际的降温效应是指真实气体的降温效应，可以通过测温仪器来检测。对于实际物体，可以直接放置温度计来测量温度，也可以通过红外测温仪或红外热像仪来测量。根据前面所述，加装矿泉水瓶并没有明显的降温效果，甚至可能出现温度略微升高的情况。体感降温效应则是由于人体体表的蒸发制冷所造成的。由于增加了塑料瓶，使得电风扇扇形的出风口变小，在特定区域内气流流速增大，使人体体表蒸发更快，所以感到温度降低。不过，这是以电风扇出风面积的减少为代价的。另外，蒸发制冷效应和降温效应是两个概念。如果将人体换成干燥的金属小球，并不能测出小球温度的降低。当然，如果在小球上裹上一层湿纸巾/湿毛巾，此时，由于蒸发制冷效应，也能测出温度降低。从本文开头的视频中我们也能看到，气流吹拂导致的蒸发会让湿硬纸板的表面温度降低好几摄氏度。要想弄明白一种现象，既需要实验数据，也需要理论支持，接下来咱们就从理论角度，看看该怎么解释。理论计算这个装在窗户上的装置到底在理论上有没有可能存在降温效果呢？这是一个比较复杂的问题，只能通过从理论上构建一个理想物理模型来探讨。2017 年《物理通报》杂志上曾经有一篇论文讨论过这个问题，通过将流动的气体经过缩小的瓶口进入房间的过程假想为两个绝热+两个等压的可逆制冷机来计算，其计算出的制冷系数为：其中 α 为气体在瓶口被压缩后的压强与之前压强的比值，γ 为比热容比，对于空气而言γ=7/5=1.4制冷机的能量来自何处？为了理论推导，我们假设流动空气（微风）的动能提供制冷机的工作能源。作如下假设：安装矿泉水瓶的窗户面积为 1 平方米（m2），电风扇或户外风速一般为 5m/s，假设风速垂直于窗户，则在单位时间 1s 内有 5m3 内的空气（质量为 1.29kg/ m3 x 5 m3≈6.5kg）以速度 5m/s 吹向窗户，其动能为：假设房间为 4 米宽× 5 米长× 3 米高，则总表面积为 94 平米，查得一般建筑材料的导热率 κ 在 0.2~1 W/(m·K)之间，取 0.5 W/(m·K)（如干砖的热导率 κ 约为 0.27W/(m·K)，假设保持室内外 5℃ 的温差，假设墙壁厚度为 0.2m，则dT/dz= 5℃/0.2m=25℃/m则由傅立叶定律可得单位 1s 时间内从室外传导到室内的热量为：Q= 0.5W/(m·K) × 25(℃/m) ×94m2 =1175J≈1000J这些热量是需要通过制冷机将其传输到室外的，假设前面估计的微风的动能全部用来提供制冷机工作的能源（这只是理论上的，实际上不可能实现），由可以求得：α≈1.4，即要求微风空气流或电风扇的微风在从瓶底吹向瓶口的压缩过程中，其大气压要从 1 个大气压增大到 1.4 个大气压，这是难以实现的。因此从理论上的分析来看，是有降温效果，但远达不到 5℃ 的降温效果。上面探讨的是将这个装置放在窗户上，通过室外的微风动能作为能量，从理论上来分析，是有这个可能，只是降温效果特别小。回到这次的“矿泉水瓶+风扇”装置，也就是在室内的电风扇出风口处装上矿泉水瓶的装置，如上述可知，这个装置从理论上也没有降温效果。这是因为电风扇放在室内，电风扇需要耗能，从能量守恒的角度，室内温度只会越来越高，不可能像空调那样能起到给室内降温的效果。这个道理就相当于在室内打开电冰箱的门，显然是不能让室内有降温效果的，反而会使室内越来越热，温度越来越高。编辑的话：本次实验有其局限性，使用的是民用级测量器材，也并没有在专业实验室中进行操作，可能存在一定的误差，欢迎大家积极思考、质疑和尝试。 ... PC版： 手机版：