炭火锅烟囱的模拟实验

在寒冷的冬天，能够吃上一锅香喷喷、热乎乎的火锅，便是再好不过了。炭火锅作为中国历史悠久的快餐饮食文化，深受顾客喜爱。你在享用炭火锅这一美味佳肴的同时是否想过，铜火锅的底座为什么设计得那么高，而且是空的，底座中还留有洞门？为什么那些铜火锅中间还有个像烟囱一样的空心圆筒？带着这些疑问，我们做了下面的模拟实验。

【实验材料】2厘米～3厘米高的蜡烛两支、大矿泉水瓶两个、火柴、剪刀。

【实验步骤】1.用剪刀将两个大矿泉水瓶去底、去颈，制作成两个空心圆柱筒。将其中一个圆筒从上到下竖向切开，一分为二，剪成两个可以分开的半圆筒。（见图1）

图1

图2

2.点燃一支蜡烛，放在水平桌面上，用那个完整的空心圆筒将其罩住。控制圆筒的高度，使圆筒罩住蜡烛但底部不与桌面接触，留有空隙，观察蜡烛燃烧情况。然后使圆筒底部与桌面接触，再观察蜡烛燃烧情况。（见图2）

3.点燃两支蜡烛，在其中一支蜡烛上罩上两个分开的半圆筒，两个半圆筒之间留有约5毫米的空隙，分别观察两支蜡烛的燃烧情况。（见图3）

图3

【实验现象与分析】1.步骤2中当用圆筒罩住蜡烛但底部与桌面不接触，留有空隙时，蜡烛正常持续燃烧，因为空气能够不断从底部缝隙流通到圆筒内；当圆筒底部与桌面接触时，空气流通不到圆筒内，蜡烛将因为缺氧而很快熄灭。步骤2说明可燃物燃烧需要消耗氧气。

2.步骤3中当在其中一支蜡烛上罩上步骤1中沿竖向切开的两个半圆筒，且两个半圆筒之间留有一定的空隙时，观察到蜡烛充分燃烧，且火焰高度明显拉长，这是因为张开的圆筒内空气对流速度加快。当圆筒内温度高于圆筒外温度时，圆筒内热空气因密度小，会顺着圆筒自然上升，圆筒外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成“烟囱效应”。这也就是那些火锅中间有个像烟囱一样的空心圆筒的原因。而铜火锅的底座之所以设计得那么高，而且是空的，是因为木炭燃烧是需要空气的，当木炭在里面燃烧的时候，可以通过底座洞门向底座内源源不断地输入空气。

【拓展与反思】烟囱的主要作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。烟囱效应是烟囱内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，而热压值与烟囱内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，烟囱内部温度越是高于外部温度，烟囱越高，烟囱效应也越明显。