三伏天到了,祖国山河笼罩在40度的高温下。
你一定在感叹:“多亏了科学家发明空调啊!我这条命就是空调救的。”
可是你知道吗,研究空调制冷技术的过程并非一帆风顺。在150年前,有几个吃瓜群众来捣乱,差点儿害得空调就发明不出来了!
这是怎么回事呢?让我们把时针拨回到150年前。
1847年,一个蓄着大胡子的酿酒商人来到小镇牛津,参加那一年的英国科学促进会的年度会议。
他掏出一篇物理学论文,准备在大会上宣读。但主办方却不让他读,因为这篇论文他已经在大前年的会议上读过了。
这篇论文叫做《磁和电中的热效应以及热的机械当量》,看起来确实有点儿无趣。
如果不是这位大胡子的介绍引起了另一个年轻人的注意,你这辈子恐怕就吹不上空调了。
然而,年轻人很不客气地怀疑,这位大胡子的研究可能是错的,因为它违反了当时的著名科学家、工程师卡诺和克拉珀龙的研究。
于是,年轻人站起来提了一个问题,不料却将大胡子问住了。
由于大胡子没怎么上过学,他恐怕连对方问的是什么都听不懂。
焦耳的实验是在证明,热不是一种物质,而是物质的一种运动。运动的能量可以和热量相互转化。
这在当时具有划时代的意义,因为空调调节温度的方法,就需要让热量和能量相互转化。
在150多年前,许多科学家都相信热是一种物质,汤姆逊也一样。
不过在他仔细研究了焦耳的实验之后承认,焦耳是对的,热不是物质,而是物质的一种运动。热量确实可以和运动的能量相互转化。
尽管如此,汤姆逊还是发现,焦耳的实验并不完美。比方说,焦耳在实验中发现,气体自由膨胀不会引起水的温度变化。
在汤姆逊看来,这是因为水的比热容太大了,温度变化太微弱,属于实验设计失误。说不定气体膨胀的时候,温度会发生变化呢。
于是,在1852年,在焦耳家的酒窖里,两个人直接测量了经过气门后膨胀的气体,结果发现,气体的温度居然略微有点儿降低。
这个研究看似毫无意义,但如果这两个人的实验是正确的,也就是说,一股热气在不向外传热的前提下,仅仅通过降压膨胀就能变冷,那么发明制冷技术就不是问题了。
于是,在接下来的几年里,焦耳和汤姆逊做了一个又一个实验,买了一台又一台蒸汽机和压力泵,就是为了测量气体膨胀时,温度到底会不会变化。
可是好景不长,在做实验的过程中,焦耳不断遇到人生的重大打击。他的儿子、妻子和父亲一个接着一个地去世了。
焦耳卖了啤酒厂,收起悲痛,把家搬到了老特拉福德附近,然后带上了所有实验仪器,包括蒸汽机,打算继续进行科学研究。
不巧的是,老特拉福德的那个街区有个规定:业主禁止使用蒸汽机。
于是,焦耳彻底绝望了。
幸好,焦耳和汤姆逊早已将实验发现写成了论文。科学家将这个发现叫做焦耳-汤姆逊效应(又叫节流效应)。
这个效应是说,如果一股(除了氢气和氦气的)气体透过多孔塞,逐渐从一个高压环境(绝热地)运动到低压环境中,它的温度就会降低。低压环境的压强越低,降温效果就越明显。
根据焦耳-汤姆逊效应,科学家逐渐发展了制冷技术,终于在几十年后发明了冰箱和空调。
空调制冷的原理,就是通过不断改变制冷剂的压强,让它在室内里变得比室内温度还低;又让它在室外变得比室外温度还高。
其中最关键的制冷过程,就要用到焦耳-汤姆逊发现的这个神奇效应。
如果两位科学家犯了拖延症,一直拖着没有发表论文,再让吃瓜群众一捣乱,我们吹上空调的时间恐怕就要向后推迟几十年。
150多年前的那几个吃瓜群众不会知道,他们险些害得我们没有空调吹!
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