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高效烧水壶

[字体: ] [ 中学生科技网 | 时间:2012-02-04 18:48 ]

提出问题

前几天,妈妈让我烧水洗肉,我欣然接受。闲着无事,我把手放在水里搅动起来,看着水转动的旋涡,真好玩。可不一会儿,我的手就感到热了,再一会儿,手就不能忍受了。咦,怎么这么快水就烫了,是不是转起来的水热得快啊?于是,我把这个想法在科技活动时提了出来,大家觉得值得探究。

对比验证 中学生科技网 http://www.zxskj.com

为了证明这一想法,我们做了一个对比实验。首先准备了铁架台、石棉网、酒精灯、量杯、烧杯、玻璃棒、温度计等两套完全一样的燃烧实验器材,确保对比双方的条件完全一样。实验开始后,在甲乙两只烧杯中同时加入相同温度的水各250毫升,然后放在两个铁架台上,同时点火。不同的只是在甲中用玻璃棒不停地搅拌,乙杯水不动。一分钟后,用温度计同时量两杯水的温度,发现两杯水温度相差不多,难道设想错了吗?我们没有放弃,继续实验。5 分钟过去了,我们再把温度计放到水的中央去量,预想的情况出现了,甲杯水的温度达到17度,而乙杯水的温度只有12度,10钟过去了,再量温度,发现甲杯温度高10度以上了。可以初步证明设想是正确的了。但为了更有说服力,我们又在其它条件不变的情况下,交换搅拌的对象,通过实验证明,热得快的还是不断搅拌的那杯。可以断定,水热得快与慢与搅拌有直接关系 。

寻根问底

是什么原因让转起来的水热得快呢?带着这个问题我们请教科技老师,老师没有直接回答我们,他让我们上网查查。于是我们在网上搜索关键词:水 旋转 烧得快。结果没有我想的答案。我们又搜:快速烧水法。看到一种方法,就是先加五分之一的水烧开,再加满烧可以节约时间。原因是先烧开的水流动快,可以促进水分子的热量对流,从而节约时间的。而我们在烧水时搅拌,不正是促使上层的冷水与下层的热水更快对流,同时让上层水到底部与锅底接触,直接获取热量么。看来搅拌使水热得更快是有理论根据的。 
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实践应用

既然旋转的水热得更快,这有什么 用呢?我们想到了对现有水壶的改进,只要在烧水过程中使上层水与下层水不断交换,就能促进水的对流,从而减少烧水时间。于是有同学提出 在水壶上半个小马达,让它带动叶片的转动,引起水的对流。可这样太麻烦,也不实用,很快被否定了。通过研究,我们想:要想水热得快,主要是加快冷热水对流这个热传递的问题,让冷水很快得到热量就会热得快了。而金属是热的良性导体,如果通过金属让锅底热量尽快传到上层,就能加快热的传导,让水热得更快。于是我们从锅底焊了一些金属柱子,一试验确实有效果。可是,用了一段时间后,柱子上生了一层水垢,影响烧水速度了,要想清理很不方便。如果能将柱子拆卸就好了,于是我们将几根柱子用一个直径10厘米的圆筒代替,圆筒四周开孔,底部设有卡槽,稍加转动就能装卸(如图)。这样增加了金属与水的接触面,使热交换更快了,而且制造简单,更方便拆卸了。 


指导老师:张怀海
作者:江苏省东台市农干桥学校 黄如汉 
详细地址:江苏省盐城市东台市弶港农场东海路23号
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