烟雾吸收光能转化为内能的分析

2021-04-03汪南洋

中国设备工程 2021年4期

汪南洋

（安徽信息工程学院，安徽芜湖 241000）

在现今的社会发展中，烟雾问题成为了各国担忧的话题，烟雾的问题在慢慢地被世界各地所关注，同时世界各国的科学家对烟雾进行了大量的研究，在我们正常生活中产生烟雾是无法避免的，这时候应该了解烟雾，深层地了解烟雾和探索烟雾的神秘之处，可以让人们得到有效避免烟雾污染的产生，并且减少烟雾污染对人们的伤害。

1 烟雾的研究概述

1.1 烟雾的分类

烟雾的分类十分广泛，根据不同的标准会产生不同的烟雾分类，可以根据烟雾的组成成分分类，也可以根据烟雾的性质分类。在姚伟峰的“烟雾对可见光遮蔽能力测定系统”一文中，姚伟峰在论文中将烟雾分为两大类。第一类烟雾是热烟雾，热烟雾在形成时一般会伴随着化学反应的发生，并且放出大量的热量，热烟雾按组成成分可分为HC型和赤磷型。

第二类烟雾是冷烟雾，冷烟雾在形成中一般只有物理过程，冷烟雾又可分为固体型冷烟雾和液体型冷烟雾。固体型冷烟雾的形成主要由金属粉、无机粉末和有机粉末等等。

1.2 光线对烟雾能量的影响

光线不会使烟雾中的成分发生化学反应，只有物理反应中的照射，在光线照射烟雾时，烟雾中的成分包含有一定量的吸光物质，这些吸光物质可以吸收阳光的光能，阳光的光线是复合光，也就是烟雾可以吸收复合光的光能。

在光线照射烟雾的现象中存在光衰减，也被称为光量子的能量衰减。光是由一个个能量子构成，感受到的热量也是能量，所有的光都有能量，只是大小不同而已，当光线遇到物体时，便撞到物体上，把能量带到光线照射到的地方，但是，如果带给物体的能量太少便感受不到，带给物体的能量大多数是以热量形式表现，但是，也有其他的能量，如电能。同时，光线照射烟雾的过程中存在反射，反射可以使光线的大部分能量反射回去。光线照射在镜子上时，镜子表面的温度几乎不升高，因为镜子将绝大部分光反射回去，吸收的光线太少，也就是吸收的能量太少。

烟雾吸收阳光的光能有什么影响，阳光的光能是非常大，烟雾只能吸收其中的一小部分，存在光的一部分被烟雾吸收，一部分透过烟雾，一部分被烟雾中的物质反射。在能量守恒定律中解释道：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总量保持不变。烟雾吸收光线能量的一小部分，因为其中没有发生化学反应，也就是这部分能量不是用于因为中的化学能，这部分光能是被因为吸收，被烟雾转变为自身的热能，也就是内能。

2 模拟光线对烟雾照射实验

2.1 烟雾的原料

生活中的自然烟雾不易于收集，在实验中需要大量的烟雾，收集烟雾的方法不可行，假如在烟雾刚生成时就进行收集，烟雾在空气中的形态存在时间限制，如果收集过于缓慢，收集的烟雾可能会消失，无法实验。

收集烟雾主要是使用生烟剂，选择的生烟剂是白色烟饼，主要成分是硫磺和锯沫，通过点燃，烟饼会缓慢生产白色烟雾，白色烟雾的主要成分是二氧化硫，白色烟雾在光线的照射下，不会发生化学反应，并且烟饼易生产烟雾和易收集烟雾，可以用一个封闭的装置，将一小块烟饼点燃，快速放入装置内即可。

白色烟饼产生的烟雾通常可以在封闭装置内维持半个小时，点燃白色烟饼放入封闭装置内，温度快速上升，在白色烟饼生产烟雾的同时，白色烟饼会产生大量的热能，但是，这些热能会在短时间内消失，这些消失的热能主要是散失在空气中，封闭装置内部温度会快速上升，同时，也会快速下降。白色烟饼产生的烟雾在一个小时内可以完全消失，主要是生成大量的颗粒，这些颗粒会附着在装置的内部表面，产生一层淡黄的物质，其次，白色烟饼产生的烟雾具有刺激性气味，产生的烟雾极易扩散。

2.2 实验设备和光线

实验设备分为四大部分。第一步是收集烟雾，主要是通过白色烟饼生烟剂，点燃白色烟饼即可收集到实验需要的烟雾。

第二步是收集装置，烟雾具有很强的扩散性，装置要具备封闭性，白色烟饼点燃后放入装置，烟饼在装置内生成大量的烟雾，但是，这些烟雾的温度较高，装置要有一定的耐高温，同时，实验中要求光线照射装置内的烟雾，装置必须可以被光线透过，在通过多种材料的选择后，把玻璃作为装置的材料，制造一个封闭的、大小适当的正方形玻璃缸。

第三步是选择光线，在实验中选择普通的电灯，实验中的光线模拟的是阳光的光线，阳光的光线是复合光，并且是不规则的光线，电灯的光线是复合光，可以通过多个电灯的光线，是电灯的光线是不规则的，因为模拟阳光的光线，但是，不同时间的阳光有不同的光线，同时，不同的光线对同一个状态的影响不同，则选择不同功率的电灯或是不同功率的光束灯。

第四步是测量设备，在实验中测量设备的作用是测量烟雾的能量变化，烟雾的能量有很多形式，但是，这个实验研究的是光线照射烟雾，对烟雾内能的影响，所以，烟雾的温度是一个测量的标准，烟雾的温度在前几分钟内变化较大，在4～5分钟后，烟雾的温度变化较小。并且普通测量温度的测量设备无法测量烟雾的温度，比如，温度计、红外线测温仪等，则选择的设备要精确，而且可以测量烟雾的温度，最终选择數位温度表进行测量烟雾的温度。

2.3 实验结果分析

2.3.1 实验前后对烟雾能量的分析

分析实验前后烟雾能量的变化，要分析实验数据进而分析烟雾能量的变化。在实验开始时，点燃白色烟饼，白色烟饼会放出大量的烟雾，因为在白色烟饼生成烟雾时，会放出大量的热能，烟雾的初始温度较高，在表一和表二中的数据显示，在烟雾生成的一分钟时，烟雾的温度基本都在30℃以上，在烟雾刚产生时，温度一般可以达到50℃，但是，在烟雾生成的初始时，温度会极速上升，同时，也会极速下降，选择在一分钟后进行记录较为精确，使烟雾的温度趋于稳定，在实验的前五分钟内，由于温度的极速下降，无法观察到实验组和对照组的差异，并且在前五分钟内的温度浮动较大，不易作为比较数据。

在实验的过程中可以得到实验的结论，在实验五分钟后，烟雾是温度较为平缓，可以通过这样一段数据进行比较，表一和表二记录的数据为多次实验的数据，分析表一和表二的数据可以得到，在每组实验中，实验组的数据在每个时间单位内下降的数据比对照组每个时间单位内下降的数据少，在每分钟内，烟雾的温度下降比较慢，并且随着时间的加长，烟雾温度的下降速率越来越慢，两组实验的数据在每个时间单位内基本不同，实验组在每个时间单位下降的温度比对照组在每个时间单位下降得少，在时间的推移，实验组的数据差距减少，在同一组实验内，有强光线照射的一组在单位时间内的下降比较平均，无光线照射的一组下降比较杂乱一点。

在实验进行到30分钟时的记录一般都有一个普遍的规律，实验组的数据大于对照组的数据，就是实验组的烟雾温度在30分钟时，一般比对照组烟雾温度高。在这个实验中，无法通过一个时间单位数据的比较，从而得出一般的规律，并且无法通过强光照使烟雾的温度上升来判断烟雾吸收光线的光能，也无法判断是否有光照的光能作为烟雾的内能，光线的光能不足时烟雾的温度直接上升。在实验中可以看出，光线的光能可以对烟雾产生了微小的影响，在光线的照射下，烟雾的温度下降得比没有光线照射得慢，说明在这个长时间的光线照射下，烟雾吸收了部分的光能，并且作为自身的内能。

2.3.2 结论

根据我们的实验数据和经验，一系列可靠实验的结果表明，大量具有重复性的精准良好结果均证明，这一结论在一定程度上是正确的，下面这是一个具有代表性意义的典型特征结果，烟雾可以吸收光线的部分光能，并且把光能转化为自身的内能。