学霸大学生自制取暖‘神器’图示和解析

寒冷冬日，如何在较短的时间内，用最便宜的方法，让室内的温度快速升高？近日，网络上一则“南方学霸大学生自制取暖‘神器’”的视频受到热捧。只需使用蜡烛、花盆、砖块，就能在短时间内使室内温度提高10℃以上，成本不过十几元钱，并且不受用电的限制。

 

是挺神奇的，还没亲手做过实验，但在Youtube上找了一些视频之后，我觉得这个装置是可信的。

石蜡燃烧热：43000kJ/kg
蜡烛规格：1.5cm x 18cm
蜡烛密度：0.83g/cm3
蜡烛质量：0.75*0.75*3.14*0.83*18=26..39（g）
空气比热：1.008kJ/m3/℃
空气密度：1.224kg/m3（相对湿度60%）
1立方米空气上升1度需要热量：
空气比热×空气密度×1立方米=1.008×1.224×1≈1.23（kJ）
房子为10平米，高度估约为3米，则房间立方数为：
10×3=30（m3）
则整个房间上升12.5℃需要热量为：
30×12.5×1.23=461.25（kJ）
而四只蜡烛能提供的热量为：
43000×0.02639×4=4539.08（kJ）
所以在能量守能上完全说得通，即使80%的热量被用于其它方面的损耗，房间上升12.5摄氏度完全有可能

为什么没有花盆的时候，不能达到同样的效果？

下面我试着猜想一下。

根据能量守恒，蜡烛燃烧的化学能一定转化成了别的形式，比如光能、热能、机械能等等。很显然，有没有花盆都不会影响光能、热能的转换，所以我猜想花盆的作用在于减少了机械能损失。

火焰加热空气之后，空气会膨胀然后上升产生对流。而且火焰与空气的温差越大，对流速度就会越高，也就是更多的热量会转换成空气移动的机械能。蜡烛火焰的外焰可以到1000℃以上，可以持续地把大量的空气加速到一个可观的速度。这个能量损失可能很大，但是人基本无法察觉。虽然说在一个理想的封闭系统中，这些动能最终还是会转变成热能的形式使空气温度上升，但是在现实中，这些获得速度的空气要不是溜出了房间，要不就是撞在墙壁上造成了房间乃至整栋大楼微不足道地一点点弹性变形。总之就是白白的损失。就好像你用一个电风扇无论吹多久都不可能把房间温度升高一样。

加了花盆之后，小花盆内部空气的温度会变得更高，比如说500℃，它与火焰的温差就小多了，空气的对流速度也会减慢。更多的热量会以热辐射的形式持续加热小花盆。在新闻的实验里，10分钟后小花盆的温度可以达到100℃以上，40分钟后大花盆能到70多度（小花盆温度没说，肯定更高，估计在200℃？）。

最后是灼热的小花盆与大花盆内壁的空气产生热交换，这个环节不可避免也会产生对流，但是同样地，因为温差较小，所以对流速度也小。大花盆孔里出来的热空气速度肯定比直接烧蜡烛时火焰上方的空气要慢得多。

综上所述，我认为花盆的作用在于减少了温差，减少了空气对流导致的机械能损耗，所以提高了效率。不过我就是一学渣，也没有实验依据，也许错得离谱了。