91download.com supports a wide range of platforms, including YouTube, Facebook, Twitter, TikTok, Instagram, Dailymotion, Reddit, Bilibili, Douyin, Xiaohongshu and Zhihu, etc. Click the download button below to parse and download the current video
你是否曾在使用压缩空气罐（也称为气体清洁剂）清理电脑键盘时，发现罐子和喷出的气体在一段时间后会变得异常冰冷，甚至罐子上还贴有霜冻警告？这并非没有原因。
让我们从一个常见误区开始：许多人认为压缩空气罐变冷是因为气体从罐中喷出时发生膨胀，因而冷却。但这个解释并不完全正确。事实上，气体膨胀时是变热还是变冷，以及变化幅度的大小，取决于气体膨胀的具体方式。如果我们应用“正常”气体膨胀的相关方程式，预测罐内气体应从室温降至约零下100摄氏度，这远比实际喷出的气体温度要低得多。
那么，罐内的气体并不是以“正常”方式膨胀。原因何在？这就像把罐子顶部切掉，让气体自由地向四面八方膨胀。但实际上，气体是通过一个微小的阀门被挤出来的。这个差异是关键；气体通过阀门时不仅仅是膨胀——它还受到后面气体推力的作用！来自后方的压缩为气体提供了足够的热能，以抵消膨胀带来的冷却。
但这并不是唯一的冷却因素。压缩空气罐上的警告标签提示我们不要摇动或倒置喷罐，如果你真的摇动它，你会立刻发现里面不仅仅是气体——还有液体！这种液体是1,1-二氟乙烷，它在正常温度和压力下是气体，但在大约6倍大气压力下则会变成液体。
1,1-二氟乙烷是这些压缩空气罐的关键成分。在罐内，它以液态和气态共存，达到平衡——足够的液体蒸发以保持罐顶的6个大气压力，这个压力足以让其余部分保持液态。当你打开阀门，二氟乙烷以稳定的流束迅速喷出。
但这样一来，罐内的压力就不再足以保持液体不蒸发，因此更多的液体蒸发，直到气体再次达到6个大气压力，形成新的平衡，罐内的液体量略有减少。这就是罐子能够在几乎空罐时仍保持稳定喷气的原因。
更重要的是，液态到气态的转变需要大量的能量，这些能量必须来自 somewhere。就像汗水蒸发从你皮肤上带走能量，使你感觉凉爽一样，在压缩空气罐内，蒸发（即沸腾）是从液体中夺取能量并使其冷却的过程。喷出10%的内容物会使剩余部分冷却约20摄氏度！
如果你觉得一个沸腾的物质能自我冷却似乎有些反直觉，那么看看我们日常使用的压力锅就知道了。水通常在100摄氏度以上沸腾，但通过密封蒸汽，压力升高，使锅内的水能在远高于正常沸点的温度下保持液态——就像压缩空气罐中的二氟乙烷一样。
从压力锅的喷嘴释放水蒸气会降低内部压力，使更多的水蒸发成蒸汽，降低剩余水的温度——就像压缩空气罐中的二氟乙烷一样。如果你持续释放蒸汽，最终水会冷却到其正常沸点100摄氏度，同样地，如果你持续喷洒压缩空气罐，罐内的二氟乙烷会冷却到其正常沸点零下25摄氏度。压缩空气罐实际上是一个1,1-二氟乙烷的压力锅。
正如你不应该摇动压力锅或将其倒置（除非你想喷出过热的水），压缩空气罐也不适合侧放或倒置使用：这样不会喷出气体，而是喷出被高压保持为液态的液体，它一旦接触空气就会立即蒸发并急剧冷却任何接触的物体。瞬间结冰！（但二氟乙烷能溶解在水中且有毒，所以千万不要用这种冰接触食物。）
总结来说，压缩空气罐冷度的原因可以归结为：它们实际上并不是压缩空气罐。它们是压力液化的1,1-二氟乙烷罐，通过喷洒降低内部压力，使更多的液体蒸发，从而冷却剩余部分。
探索日常物体的物理学是一件非常有趣的事情；黑洞和量子力学固然酷炫，但它们并不像我们日常接触的物体那样直观或相关。如果你也想深入了解日常物体的物理学，不妨看看Brilliant这个平台，他们提供了一系列关于日常物体物理学的课程，包括冰箱、水塔和自行车的物理学——自行车真的很酷！Brilliant还有趣味性的每日挑战和谜题，让你在不需要投入大量时间去学习像焦耳-汤姆逊膨胀这样的概念就能学到知识。Brilliant一直是MinutePhysics的杰出支持者，他们为前200位访问brilliant.org/minutephysics的观众提供20%的优惠，让你获得所有课程、谜题和每日挑战的完全访问权限。再次提醒，访问brilliant.org/minutephysics享受20%的优惠，并让Brilliant知道你是从这里来的。
Share on Twitter Share on Facebook