實踐出真知。
現代科學的理論,基本都是為了解釋已有現象而產生的。
所以此題的關鍵是,先實測。
隨便找幾個空瓶,用膠布捆起來,如上圖所示 ▲
像網傳的那樣,把礦泉水瓶固定在風扇上面 ▲
因為是 定性實驗 ,不是定量實驗,所以我的操作並沒有非常細致。
比如礦泉水瓶底部與風扇出風口之間貼合並沒有非常緊密;再比如中間的礦泉水瓶進風口部份被風扇電機擋住。
用一個帶溫度傳感器的風速儀,分別對著風扇正常出風口和瓶口位置進行溫度實測,發現 溫度沒有變化 ▲
其實到這一步, 基本就已經粉碎了網傳的謠言 。
但上述實驗設計存在 兩個不嚴謹之處 :
那我們就升級一下實驗設計:
將兩個熱電偶分別固定在 礦泉水瓶瓶口 和風扇正常 扇葉縫隙 之中,將其測得的溫度分別記作 T1和 T2 ▲
這是風扇關閉, 無風狀態 下,T1和T2數值對照,兩者基本吻合 ▲
展示這一步有兩個目的:
接著開啟風扇,繼續觀察 T1和 T2數值,發現位於瓶口附近的 T1數值比正常出風溫度T2要低了 1℃ ▲
但 這一個短暫的瞬間還不足以證明礦泉水瓶口溫度確實更低。
為了消除測量誤差,我準備連續測試 T1和 T2數值,並且用筆記本記錄 「T1-T2」的差值,記作∆T。
用∆T這個相對值來表征,就能消除因熱電偶絕對精度不足而可能產生的誤差。
假如熱電偶實絕對值準確,那麽∆T<0,說明礦泉水瓶出口溫度確實略低於正常出風溫度;反之則證明網傳裝置無效。
如上圖所示,首先在 開啟風扇狀態下,連續記錄 T1與 T2的差值 ;接著 關閉風扇繼續重復 上述實驗。最後把 兩組差值∆T繪制成曲線 ,放在一起進行對比。
在設定關機狀態∆T這個對照組之後,就可以將其作為 「相對零點」 —— 假如開機狀態下的∆T溫度曲線長時間位於關機狀態下的∆T曲線之下,說明礦泉水瓶出口溫度確實低於正常出風溫度;反之則證明網傳裝置無效。
最終得到上述兩條曲線,其中 橘色 為風扇 開啟 狀態下的 ∆T值, 藍色 為風扇 關閉 狀態下的 ∆T值 ▲
從曲線分析:
①理論上關機狀態下的 ∆T(藍色)應該在絕對「0」值上下波動,但實際兩條曲線大部份時間內都位於絕對「0」值下方,因此 熱電偶測量的絕對溫度存在誤差 。
但這沒關系,根據前文理論,我們將關機狀態下的 ∆T(藍色)記作「相對零點」就好了。
②開機狀態下的∆T(橙色)圍繞關機狀態下的∆T(藍色,相對零點)上下波動,兩者之間並無明確高低關系,證明增加 開機狀態下,溫度波動振幅增大,但並未導致瓶口溫度降低 。
如果覺得上述曲線還不夠具有說服性,我們可以繼續透過 數碼驗證 :
在關機和開機狀態下,我分別記錄了 2743組數據 ,最終得到兩組 ∆T平均數如上。 關機狀態下約為-0.357℃,開機狀態下約為 -0.354℃ ▲
不能說兩者毫無差別,只能說 人體完全感受不到 0.003℃的溫差, 網傳電風扇上裝礦泉水瓶制冷效果堪比空調」 純屬謠言。
最後再多說幾句。
從理論上來說,在空氣體積不變的情況下(要求礦泉水瓶底部密閉性極佳),空氣從寬口進入,窄口流出,那麽在空氣流出瞬間其實是個 壓縮氣體對外做功 的過程。
在這個過程中, 溫度是會降低的 。
但降低的只能是 局部 空氣溫度。
從全域視角看,不管過程中空氣如何壓縮-膨脹, 整個過程消耗的只有電能 。
所以無論加不加這個簡易裝置,在 密閉空間內並不能減少任何熱能,頂多只是短暫轉移了熱量 。
理想狀態下,礦泉水瓶出口溫度越低,那麽瓶內及瓶子附近的溫度就越高 (電能轉化成扇葉轉動的機械能,扇葉轉動帶動空氣流動,進而將機械能轉化成空氣動能,空氣因具有動能而進入瓶子,並且不斷壓縮,產生熱能。瓶內壓力越大,從窄口吹出時流速越快,溫度就越低)。
而 房間內的溫度最終會(因為消耗電能而)逐漸升高 。
但在實際操作中,瓶底密封性本就存在嚴重不足,再加上風扇風速不足,所以上述理論很難實作。
綜上, 不管是理論角度分析,還是從實測結果來看,網傳的簡易裝置都只是噱頭而已 。