byLindaLin
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本文写于2013年6月19日05:18上海,我在寝室床上如铁板烧一般的凉席上、享受着如电吹风一般的风扇热风,半夜被热醒后再也无法入眠,下床发表了这样一篇文章于我的人人网日志。
又至夏日,突发奇想在知乎上搜索“寝室热”找到了这个问题,将这篇文章分享于此,希望与大家分享和交流。为更多高温天在寝室热得无法入眠的童鞋们提供思路。
理工科学校的实验室大多配有或能领取液氮,本文基于此进行思维发散和计算,作者本人也并未实践尝试,仅用于纯学术交流。
【一】可行性
为证明液氮降温的有效性,现计算体积为V(L)的液氮能够使面积30㎡、层高3米(即90m3)的寝室气温降低多少。氮气摩尔质量:28g/mol
液氮温度:-196℃
液氮相对密度:0.808(-196℃)(水=1)
液氮汽化热:2.7928kJ/mol(标准大气压下)
氮气气体定压比热容Cp:1.038kJ/(kg·K)(25℃)
空气气体定压比热容Cp:1.005kJ/(kg*K)(28℃)
空气密度:1.293kg/m3(标准大气压,0℃)
氮气密度:1.160kg/m3(标准大气压,21℃)
空气中的氧气含量:20.95%
(以上数据来自网络)
液氮质量=0.808*V*1000(g)
液氮物质的量=0.808*V*1000/28(mol)
液氮气化并升温至室温吸收的热量=液氮物质的量*2.7928kJ/mol+液氮质量*1.005kJ/(kg*K)*(25+196)=271.14V(kJ)
寝室空气质量=90*1.293=116.37(kg)
寝室空气降低的温度=271.14V/(116.37*1.005)=2.3184V(k)
即V升液氮能使寝室气温降低2.3184V摄氏度,按照热水瓶体积3L来计算,一瓶液氮约能使30㎡的寝室降温7度,能够满足需要。
在夜间温度30℃及以上的高温天气,可先使用半瓶液氮将温度降3度至30℃以下(以安枕入眠),剩下半瓶打开慢慢释放,利用寝室本身的保温效果度过整个夜晚。
【二】安全性
液氮降温的安全隐患主要在于液氮气化后降低了空气的氧气浓度,所以在此计算体积为V(L)的液氮气化后能够使面积30㎡、层高3米(即90m3)的寝室氧气浓度变为多少。
液氮气化后所占体积=0.808*V/1.160=0.937V(m3)参考氧气浓度(%体积)(大气压力下)
>23.5%---富氧,有强烈爆炸危险
20.9%---氧气浓度正常
19.5%---氧气最小允许浓度
15-19%---降低工作效率,并可导致头部、肺部和循环系统问题
10-12%---呼吸急促,判断力丧失,嘴唇发紫
8-10%---智力丧失,昏厥,无意识,脸色苍白,嘴唇发紫,恶心呕吐
6-8%---8分钟;100%---致命/6分钟;50%---致命/4-5分钟经治疗可痊愈
4-6%---40秒内抽搐,呼吸停止,死亡
(以上数据来自网络)
假设外界新鲜空气不不进入寝室,
液氮气化后的氧气浓度=(90-0.937V)*20.95%/90=20.95%-0.00218V
要求氧气浓度>19.5%,即20.95%-0.00218V>19.5%
V<6.65(L)
结论:因此,在保证寝室空气流通的情况下,使用两个热水瓶的液氮也不会造成窒息。
通过以上计算证明了用液氮使寝室降温的可行性和安全性。
【注】
以上仅为理论计算结果,计算过程或结果可能有误,可能与实践过程有出入,如不具备基本的实验技能请勿轻易操作,本人对此产生的任何后果不负责任。
※※※※※※※※※※※2015.7.27加注※※※※※※※※※※※※
如果你从未使用过或从未见过别人使用液氮,请不要拿影视作品中的情节或你自己理解的百度百科来跟我争论液氮的安全性,我会非常感谢的么么哒。