07罐中罐冰箱实验报告概要.docVIP

罐中罐冰箱的研究 摘要 由尼日利亚物理学家穆罕默德发明的“沙漠冰箱”又称为“Zeer Refrigerator”或“罐中罐冰箱”，是一种利用蒸发吸热来实现保鲜食物的简易冷却装置。针对这个原理，本文理论解释了蒸发吸热原理并分析了影响蒸发快慢的因素温度、湿度、液体的表面积、液体表面上的空气流动等“pot-in-pot refrigerator” is a device that keeps food cool using the principle of evaporative cooling. It consists of a pot placed inside a bigger pot with the space between them filled with a wet porous material, e.g. sand. How might one achieve the best cooling effect? “罐中罐冰箱”是一个利用蒸发吸热原理保持食物凉爽的装置，一个罐放在另一个更大的罐中，它们之间的空隙填满潮湿多孔渗水的物质（如沙子）。研究这样的装置怎样获得最好的制冷效果。 二、研究背景 “罐中罐冰箱”起源于非洲的“沙漠冰箱”,当地民众由于缺少电力，因此发明了这种简易装置来保鲜食物。它由内罐和外罐组成，两罐之问填满潮湿的沙子。使用时将食物放在内罐，罐口盖上湿布，放在干燥、通风的地方，并经常向内罐和外罐之间的沙子上洒些水，这样对内罐中的食物可以起到一定的保鲜作用。 图1、2 “沙漠冰箱”图 三、理论分析 3.1蒸发吸热的原理 在大气物理学中，宏观上的蒸发是指物质从液态转化为气态的相变过程从微观上看，蒸发就是液体分子从液面离去的过程。由于液体中的分子都在不停地作无规则运动，它们的平均动能的大小是跟液体本身的温度。由于分子的无规则运动和相互碰撞，在任何时刻总有一些分子具有的动能比平均动能大。这些具有足够大动能的分子，处于液，其动能大于飞出时克服液体内分子间的引力所需的功时，就能脱离液面而向外飞出，变成种液体的汽，这就是蒸发现象。飞出去的分子在和其他分子碰撞后，有可能再回到液面上或进入液体内部。如果飞出的分子多于飞回的，液体就蒸发。在蒸发过程中，液体蒸发不仅吸热还使周围物体冷却的作用。当液体蒸发时，从液体里跑出来的分子，要克服液体表面层的分子对它们的引力而做功。这些分子能做功，是因为它们具有足够大的动能。比平均动能大的分子飞出液面，速度大的分子飞出去，而留存液体内部的分子所具有的平均动能变小。所以在蒸发过程中，如外界不给液体补充能量，液体的温度就会下降。这时，它就要通过热传递方式从周围物体中热量，于是使周围的物体冷却。二空隙间的沙子中所含的水朝向外罐的表面蒸发，而靠外罐表面的燥空气来循环。有害的微生物被摧毁不易生存，因此内罐就能保食物。影响蒸发快慢的因素温度、湿度、液体的表面积、液体表面上的空气流动等。（）越高，蒸发越快。因为在任何温度下，分子都在不断地运动，液体中总有一些速度较大的分子能够飞出液面脱离束缚而成为汽分子，所以液体在任何温度下都能蒸发。液体的温度升高，分子的平均动能增大，速度增大，从液面飞出去的分子数量就会增多，所以液体的温度越高，蒸发得就越快 （）液面表面积大小。如果液体表面面积增大，处于液体表面附近的分子数目增加，因而在相同的时间里，从液面飞出的分子数量就增多，所以液面面积越大，蒸发越快 （4）液体表面上方空气流动的速度。当飞入空气里的汽分子和空气分子或其他汽分子发生碰撞时，有可能被碰回到液体中来。如果液面上方空气流动速度快，通风好，分子重新返回液体的机会越小，蒸发就越快。沙子和水热的良导体，所以内里面的食物的温度不会外界的温度的变化而变化太多。沙的比热小容易升温，水比热大水这样就能缓慢蒸发吸收热量形成一个隔热层能起到保温的作用。（1）经常向沙子上洒水，保证了水分的持续蒸发，对食物起到保鲜的作用）干燥，既提高了液体的温度，又减小了空气的湿度通风加快了液体周围空气的流动，这些措施都是为了加快水分的蒸发 图3 准备大小罐 步骤2：给两个陶罐进行密封性检查和封口。用泥或者其他粘合剂把大小罐上的孔堵住，防止水分从外罐流出或流入内罐，从而影响冷却效果。如图4所示。 图4 检查密封性 步骤3：给大罐的底部填上细沙。厚底大约2.5厘米，并能基本保证填上沙子后小罐的高度仍包含在大罐中。如图5所示。 图5 大罐底部铺沙 步骤4：把小罐放入大罐中，保证中轴线尽量重合，使四周留有的空隙尽量相等。如图6所示。 图6 大罐套小罐 步骤5：在两罐空隙间填满细沙。在接近边缘顶部时，留有约2厘米的空余，避免沙子不慎流入小罐污染食物。如图7所示。 图7 空隙加入沙子 步骤6：在空隙的沙子中注入水。必须使水饱和，注意速度不能