炭火鍋煙囪的模擬實(shí)驗(yàn)

在寒冷的冬天，能夠吃上一鍋香噴噴、熱乎乎的火鍋，便是再好不過(guò)了。炭火鍋?zhàn)鳛橹袊?guó)歷史悠久的快餐飲食文化，深受顧客喜愛(ài)。你在享用炭火鍋這一美味佳肴的同時(shí)是否想過(guò)，銅火鍋的底座為什么設(shè)計(jì)得那么高，而且是空的，底座中還留有洞門(mén)？為什么那些銅火鍋中間還有個(gè)像煙囪一樣的空心圓筒？帶著這些疑問(wèn)，我們做了下面的模擬實(shí)驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)材料】2厘米～3厘米高的蠟燭兩支、大礦泉水瓶?jī)蓚€(gè)、火柴、剪刀。

【實(shí)驗(yàn)步驟】1.用剪刀將兩個(gè)大礦泉水瓶去底、去頸，制作成兩個(gè)空心圓柱筒。將其中一個(gè)圓筒從上到下豎向切開(kāi)，一分為二，剪成兩個(gè)可以分開(kāi)的半圓筒。（見(jiàn)圖1）

圖1

圖2

2.點(diǎn)燃一支蠟燭，放在水平桌面上，用那個(gè)完整的空心圓筒將其罩住。控制圓筒的高度，使圓筒罩住蠟燭但底部不與桌面接觸，留有空隙，觀察蠟燭燃燒情況。然后使圓筒底部與桌面接觸，再觀察蠟燭燃燒情況。（見(jiàn)圖2）

3.點(diǎn)燃兩支蠟燭，在其中一支蠟燭上罩上兩個(gè)分開(kāi)的半圓筒，兩個(gè)半圓筒之間留有約5毫米的空隙，分別觀察兩支蠟燭的燃燒情況。（見(jiàn)圖3）

圖3

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與分析】1.步驟2中當(dāng)用圓筒罩住蠟燭但底部與桌面不接觸，留有空隙時(shí)，蠟燭正常持續(xù)燃燒，因?yàn)榭諝饽軌虿粩鄰牡撞靠p隙流通到圓筒內(nèi)；當(dāng)圓筒底部與桌面接觸時(shí)，空氣流通不到圓筒內(nèi)，蠟燭將因?yàn)槿毖醵芸煜纭２襟E2說(shuō)明可燃物燃燒需要消耗氧氣。

2.步驟3中當(dāng)在其中一支蠟燭上罩上步驟1中沿豎向切開(kāi)的兩個(gè)半圓筒，且兩個(gè)半圓筒之間留有一定的空隙時(shí)，觀察到蠟燭充分燃燒，且火焰高度明顯拉長(zhǎng)，這是因?yàn)閺堥_(kāi)的圓筒內(nèi)空氣對(duì)流速度加快。當(dāng)圓筒內(nèi)溫度高于圓筒外溫度時(shí)，圓筒內(nèi)熱空氣因密度小，會(huì)順著圓筒自然上升，圓筒外冷空氣因密度大，由低層滲入補(bǔ)充，這就形成“煙囪效應(yīng)”。這也就是那些火鍋中間有個(gè)像煙囪一樣的空心圓筒的原因。而銅火鍋的底座之所以設(shè)計(jì)得那么高，而且是空的，是因?yàn)槟咎咳紵切枰諝獾模?dāng)木炭在里面燃燒的時(shí)候，可以通過(guò)底座洞門(mén)向底座內(nèi)源源不斷地輸入空氣。

【拓展與反思】煙囪的主要作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。煙囪效應(yīng)是煙囪內(nèi)外溫差形成的熱壓及室外風(fēng)壓共同作用的結(jié)果，而熱壓值與煙囪內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進(jìn)排風(fēng)口的高度差成正比。這說(shuō)明，煙囪內(nèi)部溫度越是高于外部溫度，煙囪越高，煙囪效應(yīng)也越明顯。