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阿基米德发电机:奇形怪状的水泵,反过来就是发电机!

发表时间:2022/08/30 23:26:49  作者:工程师天张  浏览次数:2237  
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今天说的这个物件挺新奇,没准你真能用得上!有了它,你还担心电费刺客吗?

这个物件跟公元前3世纪古希腊天才阿基米德有关系。我们就先来聊聊他有多天才呢?他的身份实在是多,不仅是数学家、天文学家、物理学家,还是工程师和发明家。

大家都知道求圆周率π近似值的方法——内接正多边形。早在2300年前,阿基米德通过在圆内接正96边形,算出圆周率在3.14163和3.14286之间。600年后我国魏晋时代的刘徽通过割圆术,内接正3072边形,算出圆周率为3.1416。又过了200年,南朝的祖冲之全世界首次把圆周率精确到了小数点后第7位。虽然阿基米德的数据并不准确,但是他的数学才能不能被否认。

阿基米德还发明了弹头、杠杆、复合滑轮和燃烧镜,我们先来看一段关于他的轶事。两千多年前,阿基米德生活在意大利西西里岛上,当时强大的罗马帝国派兵包围他的国家,一大队帆船就停留在海面上朝他们虎视眈眈。由于多年战争,城里只剩下一些老人、妇女和孩子,眼看就要束手就擒,紧急时刻阿基米德来到城头,看到天空艳阳高照,于是号召大家赶紧各自回家取一面镜子再回来。随后他指挥所有人举起镜子迎着太阳,把太阳光同时反射到最大的那张船帆上,很快上过油的帆布被引燃,帆船也着起熊熊大火。就这样阿基米德用“燃烧镜”击退了罗马帝国的军队。

除了燃烧镜,阿基米德还发明了享誉世界的汲水器,后人称之为阿基米德螺旋泵,即使2000多年后的今天还在被广泛应用。

这种泵的构造和原理都十分简单,我们默默地看一段视频。拿一根圆柱当转轴,在它的外面围上多圈螺旋,螺旋外面再套一根圆筒,让螺旋外缘与圆筒内壁尽量靠近减小缝隙,把它倾斜,转动圆柱带动螺旋旋转,水就从低处被抽到了高处。

阿基米德螺旋泵演示(时长约40秒,请耐心收看)

这就是阿基米德发明的螺旋泵,它把大流量的液体提升较小的高度。2300年后的今天,在污水厂、农灌站等地方还经常能见到它的身影。

说到这,您可能发现了,提供外动力阿基米德螺旋泵可以把水提升,如果反过来会怎样呢?假如有水从高处流到低处,在那里放置阿基米德螺旋泵,水流动力能让它反着转动吗?答案是肯定的。

于是法国工程师克劳德在1819年,在阿基米德螺旋泵的基础上发明了阿基米德式水轮机,在一些水位差不高,来流量也不大的水渠上放上水轮机,水流推动螺旋叶片慢速转动,转轴一端与发电机相连,就能发电了。

当然,阿基米德式水轮机是一种小水电装置,在一些有大量外排水的场所,其中无法利用的水能资源能够被再次利用起来转化成电能,可以满足一些简单照明用电。

由于转速慢、流动截面上堵塞面积特别小,这种泵对鱼类等水生动物十分友好,便于安全通过。

看到这,你想拥有一台阿基米德发电机吗?


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