Energy and Heat 03



水飲み鳥

水飲み鳥とよばれるおもちゃが,電池もないのに動くのは不思議ですね.水はエネルギーになるのでしょうか.動く仕組みを探ることにします.赤い液が菅の中を上がったり,下がったりしています.どうも上がると頭が重くなって傾いて,水を飲んでいるようです.傾いた直後,下から泡が入って液体が下がり,鳥は元に戻ります.元に戻る理由は泡が下から入るからです.というわけで,この液体が昇る理由を説明するのがポイントのようです.

液体が上がる理由を説明しましょう.先ず,この鳥には水が必要です.頭全体を覆った部分には水が良くしみ込み,そこから水が盛んに蒸発いたします.蒸発は熱を奪い取り,頭は冷却されます.頭と尻に温度差ができる.実は鳥の内部にはエーテルとか塩化メチレンなどの有機物が入っていて、室温でよく蒸発します.蒸気圧は温度に大きく依存して,温度が高いほど大きくなります.尻と頭ではエーテルの蒸気圧に差があり,そのためエーテルが管の中を昇ります.次に傾いて管の端にエーテルの泡が入り,上に昇って元に戻ります.また,頭のエーテルは冷やされて,というわけで繰り返します.

水飲み鳥は水の蒸発をエネルギー源にして温度差を作り,小さな仕事をする熱機関であると言えます.







Stirling engine


お湯で動くエンジン

お湯だけで動くエンジンがあるのですが、そのエンジンを単純化するとスターリングサイクルになります.仕組みを見てみましょう。まず,Aで高温熱源に接するので,等温膨張してピストンが押しだされ外に仕事をします.次に仕切りが動き,気体の温度が下がります.しきりの動き自体では気体の体積は変わらないので,等積変化とします.気体が冷えるので,気体は等温圧縮されます.次に仕切りが動き,気体は高温になります.テレビで見せるおもちゃエンジンでは,しきりとピストンは連動して動きます.