Sóng âm có thể chuyển nhiệt từ chỗ lạnh sang chỗ nóng bằng cách nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 11
Trong máy lạnh nhiệt âm, sóng âm cung cấp công cho những phần khí liên tục bị nén, giãn và dịch chuyển gần một bộ trao đổi nhiệt. Sắp xếp đúng nhịp giúp vận chuyển nhiệt từ đầu lạnh sang đầu nóng. Nó là một chu trình có nguồn năng lượng, không phải tính chất làm lạnh tự động của mọi âm thanh.
Một phần khí vừa đi lại vừa đổi nhiệt độ
Sóng âm gồm các biến thiên áp suất. Một phần khí bị nén nhanh có thể nóng lên, rồi nguội đi khi giãn ra. Cùng lúc ấy, nó dao động quanh vị trí cân bằng chứ không cần chạy một vòng lớn từ đầu ống tới cuối ống.
Đổi áp suất và dịch chuyển phải có quan hệ thời gian thích hợp. Chỉ lấy một loa thổi gió về một phía chưa mô tả được nguyên lý nhiệt âm.
Những khe nhỏ làm trao đổi nhiệt có ích
Một cấu trúc gồm các tấm hoặc kênh nhỏ đặt trong bộ cộng hưởng đưa khí tới gần bề mặt rắn. Ở phần chu kỳ khí nóng hơn bề mặt gần nó, khí có thể nhả nhiệt; khi lạnh hơn, nó có thể nhận nhiệt.
Kết hợp chuyển động với các lần nhận–nhả này làm năng lượng được chuyển dọc cấu trúc. Điều kiện nhiệt độ hai đầu, khoảng cách khe và trạng thái trường âm quyết định hệ đang có tác dụng làm lạnh hay không.
Có thể hình dung nhiều phần khí nhận nhiệm vụ vận chuyển từng chút nhiệt theo nhịp. Chúng không cần mang một miếng băng đi qua ống; nhiệt được trao đổi qua những bước rất nhỏ lặp lại.
Đầu nóng vẫn cần nơi thải nhiệt
Bộ phát âm tiêu thụ năng lượng. Đầu nóng của thiết bị cần thải cả nhiệt lấy từ phía lạnh và phần năng lượng cấp thích hợp. Nếu không tổ chức đường thải nhiệt, chỉ có một vùng lạnh cục bộ không biến toàn bộ căn phòng kín thành nơi mất năng lượng.
Thiết bị thật còn có tổn hao nhớt, dẫn nhiệt ngược và những chuyển động khí không mong muốn. Một thí nghiệm chứng minh nguyên lý không đủ kết luận mọi máy lạnh kiểu này luôn tốt hơn máy nén.
Hiểu lầm: âm càng to càng làm không khí lạnh. Âm trong phòng thông thường thường tiêu tán thành nhiệt; làm lạnh cần một hệ kín và hình học trao đổi được thiết kế cho chu trình.
Ghi nhớ: âm cung cấp công; khí nén–giãn và trao đổi nhiệt đúng nhịp mới tạo dòng nhiệt hữu ích.
Đọc thêm
- Vì sao một ống có nguồn nhiệt có thể tự ngân thành âm?
- Máy bơm nhiệt cho nhiều nhiệt hơn điện tiêu thụ có vi phạm bảo toàn năng lượng?