实践出真知。
现代科学的理论,基本都是为了解释已有现象而产生的。
所以此题的关键是,先实测。
随便找几个空瓶,用胶布捆起来,如上图所示 ▲
像网传的那样,把矿泉水瓶固定在风扇上面 ▲
因为是 定性实验 ,不是定量实验,所以我的操作并没有非常细致。
比如矿泉水瓶底部与风扇出风口之间贴合并没有非常紧密;再比如中间的矿泉水瓶进风口部分被风扇电机挡住。
用一个带温度传感器的风速仪,分别对着风扇正常出风口和瓶口位置进行温度实测,发现 温度没有变化 ▲
其实到这一步, 基本就已经粉碎了网传的谣言 。
但上述实验设计存在 两个不严谨之处 :
那我们就升级一下实验设计:
将两个热电偶分别固定在 矿泉水瓶瓶口 和风扇正常 扇叶缝隙 之中,将其测得的温度分别记作 T1和 T2 ▲
这是风扇关闭, 无风状态 下,T1和T2数值对照,两者基本吻合 ▲
展示这一步有两个目的:
接着开启风扇,继续观察 T1和 T2数值,发现位于瓶口附近的 T1数值比正常出风温度T2要低了 1℃ ▲
但 这一个短暂的瞬间还不足以证明矿泉水瓶口温度确实更低。
为了消除测量误差,我准备连续测试 T1和 T2数值,并且用笔记本记录 「T1-T2」的差值,记作∆T。
用∆T这个相对值来表征,就能消除因热电偶绝对精度不足而可能产生的误差。
假如热电偶实绝对值准确,那么∆T<0,说明矿泉水瓶出口温度确实略低于正常出风温度;反之则证明网传装置无效。
如上图所示,首先在 开启风扇状态下,连续记录 T1与 T2的差值 ;接着 关闭风扇继续重复 上述实验。最后把 两组差值∆T绘制成曲线 ,放在一起进行对比。
在设置关机状态∆T这个对照组之后,就可以将其作为 「相对零点」 —— 假如开机状态下的∆T温度曲线长时间位于关机状态下的∆T曲线之下,说明矿泉水瓶出口温度确实低于正常出风温度;反之则证明网传装置无效。
最终得到上述两条曲线,其中 橘色 为风扇 开启 状态下的 ∆T值, 蓝色 为风扇 关闭 状态下的 ∆T值 ▲
从曲线分析:
①理论上关机状态下的 ∆T(蓝色)应该在绝对「0」值上下波动,但实际两条曲线大部分时间内都位于绝对「0」值下方,因此 热电偶测量的绝对温度存在误差 。
但这没关系,根据前文理论,我们将关机状态下的 ∆T(蓝色)记作「相对零点」就好了。
②开机状态下的∆T(橙色)围绕关机状态下的∆T(蓝色,相对零点)上下波动,两者之间并无明确高低关系,证明增加 开机状态下,温度波动幅度增大,但并未导致瓶口温度降低 。
如果觉得上述曲线还不够具有说服性,我们可以继续通过 数字验证 :
在关机和开机状态下,我分别记录了 2743组数据 ,最终得到两组 ∆T平均数如上。 关机状态下约为-0.357℃,开机状态下约为 -0.354℃ ▲
不能说两者毫无差别,只能说 人体完全感受不到 0.003℃的温差, 网传电风扇上装矿泉水瓶制冷效果堪比空调」 纯属谣言。
最后再多说几句。
从理论上来说,在空气体积不变的情况下(要求矿泉水瓶底部密闭性极佳),空气从宽口进入,窄口流出,那么在空气流出瞬间其实是个 压缩气体对外做功 的过程。
在这个过程中, 温度是会降低的 。
但降低的只能是 局部 空气温度。
从全局视角看,不管过程中空气如何压缩-膨胀, 整个过程消耗的只有电能 。
所以无论加不加这个简易装置,在 密闭空间内并不能减少任何热能,顶多只是短暂转移了热量 。
理想状态下,矿泉水瓶出口温度越低,那么瓶内及瓶子附近的温度就越高 (电能转化成扇叶转动的机械能,扇叶转动带动空气流动,进而将机械能转化成空气动能,空气因具有动能而进入瓶子,并且不断压缩,产生热能。瓶内压力越大,从窄口吹出时流速越快,温度就越低)。
而 房间内的温度最终会(因为消耗电能而)逐渐升高 。
但在实际操作中,瓶底密封性本就存在严重不足,再加上风扇风速不足,所以上述理论很难实现。
综上, 不管是理论角度分析,还是从实测结果来看,网传的简易装置都只是噱头而已 。