最近因为一个小困扰,从而发现了一个有趣的东西。

前些日子,在不知不觉中养成了一个早上喝速溶咖啡的习惯,然而冲咖啡需要搅拌,办公室只有杯子,却没有可供搅拌的东西,于是连续几日都是找了一根笔随便和弄了一番,这不太像话,于是上网想要找一个可供搅拌的小勺,却意外发现了一个有趣的杯子,自动搅拌杯,只要向其中注入热水,杯子底部的搅拌器就开始旋转,自动完成搅拌。

这真是一个有趣的东西,表面上看起来不需要任何能量的输入,难道永动机被发明出来了?当然,我们都知道这是不可能的,因为永动机本质上违反了热力学定律,所以注定不可能存在。既然永动机不存在,那么这个杯子就一定有一个能量来源,只是我们没有意识到而已,不过只要想一想就会明白,既然自动搅拌需要注入热水,那么能量的来源就必然与热有关。

什么样的能源能够让杯子底部的搅拌器自动开始旋转呢?我们首先想到的就是电,有了电,有了热,自然就会想到热电效应。

说起热电效应的研究,其实还是很有历史的,最早发现热电效应的人是德国的物理学家塞贝克,所以其又称之为塞贝克效应,不过塞贝克当时并没有完全意识到热与电之间的关系,而真正提出热电效应这个说法的人是物理学家奥斯特。

其实热电效应的原理并不复杂,我们都知道,金属之中是带有电子的,而电子带有负电荷,在一般情况下,电子在金属之中的分布是比较均衡的,但如果我们对金属的一端进行加热,这种均衡就会被打破。温度的本质实际上就是粒子运动速度的快慢,所以加热的一端,电子运动的速度自然就会更快。

在金属受热的一端,由于电子运动速度快,所以电子向周围扩散的速度也就更快,于是热端的一部分电子就会跑到冷端去,这就导致了一个结果,冷的一端电子多,而热的一端电子少。

所以冷的一端就会带负电,而热的一端则会带正电,金属的两端就出现了一个电势差。我们知道,不同的金属,由于材质的不同,所以性质也不同,在加热后所产生的电势差也不同,如果我们将两个不同的金属进行并联,然后在两块金属的一端进行加热,那么两块金属就会产生不同的电势差,于是电流就会从高电势差的金属向低电势差的金属流动,这就是热转化为电的全过程。现在我们知道了热可以产生电,那么热到底能够产生多少电呢?

热电效应所能够产生的电与所使用的材料有着直接的关系,通过研究发现,热电效应所能够产生的电能与材料的三个性质息息相关,这三个性质分别为电压、电导率和导热性。

首先,一个材料在单位温差下所能够产生的电压越大,那么电热效应则越明显。其次,材料的导电性也非常重要,如果导电性能不佳,那么则缺乏应用的价值。最后,就是导热性了,一个材料的导热性能越差,则越好。这是因为如果一个材料的导热性很好,那么在一端加热,另一端很快也会热起来,那么电势差就会消失,反之,如果材料的导热性很差,那么则能够始终保持两端的温度差,进而使电势差得以维持。这三个性质综合在一起就被称之为“热电优值”,一个材料的热电优值越高,则可用性越好。

明白了热电效应,现在不用多说,那个自动搅拌杯的原理也已经浮出了水面。这个自动搅拌杯全名应该是“温差自动搅拌杯”,其就是利用了热电效应来实现注水自动搅拌的。

其结构其实并不复杂,主要由两部分组成,一部分是热电效应电池,另一部分则是个小型电动机。当我们向杯子中注入热水,热电材料上端受热,于是产生电势差,进行产生电流,之后电流被输送给电动机,于是电动机带动搅拌棒开始自动旋转。当然了,作为一个手残党,我很有自知之明,所以并没有拆开来看,不过无需拆开,也能明白里面大体就是如此。其实电热效应是一个极具潜力的研究项目,除了能够做出这种自动搅拌的小玩意之外,未来还有着更为广泛的应用,比如汽车,我们都知道汽车行驶过程中会产生大量的热能,这些热能都被白白浪费了,如果能够通过热电效应实现循环利用,可能会产生很好的节能效果。

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来源: 原创

这杯子注水后就开始自动搅拌,怎么做到的,莫不是永动机?

图文简介

说起热电效应的研究,其实还是很有历史的,最早发现热电效应的人是德国的物理学家塞贝克,所以其又称之为塞贝克效应,不过塞贝克当时并没有完全意识到热与电之间的关系,而真正提出热电效应这个说法的人是物理学家奥