【環保科技】中美科學家合作研發「扭扭雪櫃」,扭橡皮筋讓水降溫7.7度!

【環保科技】中美科學家合作研發「扭扭雪櫃」,扭橡皮筋讓水降溫7.7度!

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BySeles on 27 Dec 2019 Digital Editor

我們如今使用的冷氣、雪櫃等製冷設備,都是使用液態冷媒去吸收裡面的熱量並汽化,再藉由壓縮機將熱量排出以降低室內的溫度,然而這樣不只會消耗大量能源,亦會釋放出不少溫室氣體,因此許多科學家都不斷地在研發新的製冷方式來取代全球暖化的一大罪魁禍首。來自中國的南開大學研究團隊就與美國德州大學合作發現了更高效的製冷方式 - 將橡膠扭曲後再彈回原樣,便能讓溫度下降12.4度。他們藉此原理打造了一款雪櫃,讓水溫降了 7.7 度,該研究後被發表在《Science》期刊上。

卡諾循環 冰箱
Photo from Licnesing

這個現象稱為彈熱效應。來自英國的實驗哲學家高夫(John Gough)於1805年首次觀察到這個現象,當時他發現,如果在嘴唇邊上拉伸橡皮筋,嘴唇便可以感受到空氣的升溫,當橡皮筋彈回後,嘴唇就會感到一絲涼意;在幾年後,著名物理學家焦耳(James Joule)亦進一步證實了這個現象,因此該現象後也被稱為高夫-焦耳(Gough – Joule)效應。

橡皮筋 扭熱 中國 美國
Photo from University of Texas at Dallas

這個200多年前的就已發現的現象,為何沒有被廣被應用呢?

由於當時彈熱效應的應用並不常見,且透過橡膠或是其他彈性材質製冷的卡諾效率只有32%,比當今冰箱的卡諾效率(60%)還低,因此這樣的效率並不令人滿意。加上如果要讓溫度明顯降低,必須要將橡膠拉到6-7倍才能有效,如此一來需要用到大量空間,難以打造小型的製冷裝置。

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小補充:雪櫃的製冷過程有四個步驟,跑完四個步驟稱為一個卡諾循環;目前雪櫃的卡諾效率約為60%,地球上就20%的電能用在冰箱及冷氣上。

冰箱 製冷
Photo from University of Texas at Dallas

因此南開大學與德州大學在發現扭曲橡膠也有降溫的現象後,便合作驗證這個現象。他們將橡膠拉長1倍之後,對橡膠施加扭力,當橡膠扭曲程度愈高,降溫的效果愈明顯。另外,他們亦發現扭曲的效果比伸縮的效果高很多,當扭曲時溫度降幅可以高達15.5度,平均降溫12.4度;若只是伸縮的話,必須要拉到7倍長才能有相同的效果。

扭熱 冰箱 製冷
Photo from University of Texas at Dallas

但是團隊指出,由於扭熱雪櫃尚有諸多問題要解決,例如橡膠的傳熱慢、容易疲乏、壽命短等,因此團隊還正在探索更適合的材料去達成扭熱效果,即便如此,扭熱雪櫃還是帶給了科學界一大視野,讓大家一同朝降低溫室氣體方向前進。

Text by BusinessFocus Editorial

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