大家都知道爱因斯坦是一名伟大的物理学家, 他突破性地提出了“光子”的概念, 解释光电效应并获得1921年的诺贝尔物理学奖 。
此外, 爱因斯坦还解释了布朗运动的本质、提出了新的固体比热容理论、创立了狭义相对论与广义相对论……
1905年, 爱因斯坦提出光量子假说、完整的狭义相对性原理, 因此这一年被称为“爱因斯坦奇迹年” 。
因为爱因斯坦等人的孜孜不倦, 20世纪的物理学得到飞速发展 。 然而, 鲜有人知道, 这样伟大的物理学家还发明过一种不用插电的冰箱!
1 一次事故, 三项发明
故事发生在1926年的柏林, 爱因斯坦在报纸上看到因冰箱冷凝管破裂, 制冷剂二氧化硫、氯甲烷等气体泄漏, 致使一家人中毒身亡的事件 。 爱因斯坦开始思考是否可以制作一种无毒冰箱, 于是他去找列奥·西拉德(L.Szilard)商讨寻找可行的方法 。
列奥·西拉德这个名字你可能不熟悉, 但说起他参与发明的两样东西你一定不陌生——原子弹与核反应堆 。
西拉德是美籍匈牙利核物理学家, 他构想并讨论了维持核裂变中链式反应的原理, 提出了临界质量的概念, 曾参与曼哈顿计划(美国陆军部研制原子弹计划), 与恩利克·费米等人在芝加哥大学建立了人类第一台核反应堆“芝加哥一号堆”(Chicago Pile-1) 。
1958年, 西拉德获得“阿尔伯特·爱因斯坦奖”(Albert Einstein Award), 1959年获得“原子能和平利用奖”(Atoms for Peace Award), 1961年被选为美国国家科学院院士 。
让我们回到故事中, 当时爱因斯坦和西拉德会面后, 仔细讨论了当时冰箱的工作原理:这类冰箱都是通过制冷剂蒸汽在冷凝器中液化放热后, 导入与冰室交换热量的蒸发器中, 蒸发吸收热量重新变为蒸汽, 如此循环工作实现制冷 。
制冷剂的沸点与压强有关, 压强越高, 沸点越高;压强越低, 沸点越低 。 只有控制好冷凝器与蒸发器中的压强, 才能让制冷剂在指定的温度下液化或蒸发, 达到循环放热、吸热的目的 。
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爱因斯坦和西拉德
来源 | ATOMIC HERITAGE FOUNDATION
因此, 这种冰箱中最重要的结构就是用于减压的膨胀阀(节流器)和用于加压的压缩机, 而那一家的丧命便于压缩机有关 。
压缩机在给制冷剂加压时, 需要往复不停地做机械运动 。 爱因斯坦和西拉德认为, 这会导致密封部件的损耗和老化, 最终使有毒的制冷剂——二氧化硫、氯甲烷等气体泄漏, 毒害了报纸中提到的一家人 。
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上世纪的冰箱
来源 | 海报时尚网
于是, 爱因斯坦和西拉德打算设计一款吸收式冰箱, 不需要运动部件的冰箱, 没有了部件之间机械运动带来的损耗, 制冷剂自然可以牢牢地被密封在内部 。
不同于普通的冰箱, 这款冰箱不需要通电, 仅通过液体和气体间气压的改变来降低温度, 从而达到制冷的目的 。
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爱因斯坦与西拉德设计的吸收式冰箱原理图
来源 | wikipedia
他们在生成蒸汽的步骤处进行改变:通过加热低沸点氨水的方式来替换机械运转, 提供高温高压的压缩机来产生制冷剂蒸汽 。
此外, 爱因斯坦和西拉德不再使用具有毒性的氯甲烷和二氧化硫, 而尝试用氨水、丁烷和水, 将氨气通入装有丁烷的长颈瓶, 吸收氨气的丁烷沸点会降低到室温以下发生沸腾, 丁烷沸腾的过程会吸收大量热量, 达到制冷的效果 。
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