第七章熱的現象 7.21“飲水小鴨”

　　有一種中國的兒童玩具，誰見了都覺得奇怪。它的名字叫“飲水小鴨”。把這小鴨放在一杯水前面，小鴨就會俯下身去把嘴浸到懷里，“喝”完一口水，又直立起來。可是直立一會兒，又會慢慢俯下身去，等到鴨嘴夠到了水，“喝”了一口，又會直立起來。這種玩具是“不花錢”的發動機的一個典型。它的活動的機構是很巧妙的，請看圖89，小鴨的“身體”是一根玻璃管，管的上端是一個小球，做成鴨頭的樣子，連著扁嘴。管的下端連一個較大的玻璃球，也是密封的。球里面裝有液體，玻璃管下端浸沒在液面下。

　　要使小鴨能夠活動，必須用水打濕鴨頭。鴨頭打濕以后，有一段時間小鴨還能保持直立的姿勢，因為下端的玻璃球和里面的液體比鴨頭重。現在看它會發生什么變化。我們看到液體開始沿著玻璃管上升（圖90）。當液面升到玻璃管上口的時候，上部就變得比下部重，于是小鴨就嘴向前把身子俯到杯子上。當小鴨的身子俯到水平位置的時候，下端玻璃管的開口就會露出液面來，玻璃管里的液體也就流回下端的大玻璃球。于是小鴨的“尾部”又變得比頭部重，使小鴨恢復直立的位置。現在我們明白了這個問題的力學方面的作用：液體的升降改變了重力的分布情況，簡單地說，就是改變了重心。可是使液體上升的，又是什么力量呢？

　　小鴨內部的液體是醚。醚在室溫里很容易蒸發，而醚的飽和蒸氣所產生的壓力又會隨溫度的改變而劇烈改變。

　　在小鴨直立著的時候，可以看出有兩個獨立的醚蒸氣區域：一個在頭部，一個在尾部。

　　鴨子的頭部有一種奇妙的性能：只要用水把它打濕，那里的溫度就會變得比周圍溫度稍微低一些。要做到這一點也不困難，只要把鴨頭的表面用善于吸水又容易讓水分蒸發的多孔材料來做就成了。水分劇烈蒸發的時候，鴨頭上的溫度會變得比下面玻璃管和大玻璃球里的溫度低。這又轉過來會使頭部那個小玻璃球里的飽和蒸氣冷凝，壓力也就隨著降低。于是下部那個大玻璃球里的比較大的壓力就會擠壓液體，使它順著玻璃管上升。重心移動位置了，小鴨就慢慢俯下身子一直到水平的位置。在這個位置里，有兩個過程各自獨立地進行著。第一，小鴨的嘴浸了一下水，這樣就又把自己頭上的棉套子打濕。第二，上下兩部分的飽和蒸氣混合了，壓力也變得一樣了（由于吸收了周圍空氣的熱量，蒸氣的溫度略有上升），同時玻璃管里的液體，也在本身的重量作用下流入下端的大玻璃球。于是小鴨又直立了起來。

　　這個玩具會不斷地自動活動下去，只要讓它頭上的棉套子繼續被打濕，而周圍空氣的濕度又不太大，能夠保證正常的蒸發，也就是保證頭部的溫度能夠相對地降低。這樣看來，小鴨頭部的水不斷蒸發所吸取的周圍空氣的熱量，就是使這種奇妙的小鴨能夠活動的原動力。這種小鴨是“不花錢”的發動機的一個極其明顯的例子，但它并不是什么“永動機”。

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