炭火鍋煙囪的模擬實驗

在寒冷的冬天，能夠吃上一鍋香噴噴、熱乎乎的火鍋，便是再好不過了。炭火鍋作為中國歷史悠久的快餐飲食文化，深受顧客喜愛。你在享用炭火鍋這一美味佳肴的同時是否想過，銅火鍋的底座為什么設計得那么高，而且是空的，底座中還留有洞門？為什么那些銅火鍋中間還有個像煙囪一樣的空心圓筒？帶著這些疑問，我們做了下面的模擬實驗。

【實驗材料】2厘米～3厘米高的蠟燭兩支、大礦泉水瓶兩個、火柴、剪刀。

【實驗步驟】1.用剪刀將兩個大礦泉水瓶去底、去頸，制作成兩個空心圓柱筒。將其中一個圓筒從上到下豎向切開，一分為二，剪成兩個可以分開的半圓筒。（見圖1）

圖1

圖2

2.點燃一支蠟燭，放在水平桌面上，用那個完整的空心圓筒將其罩住。控制圓筒的高度，使圓筒罩住蠟燭但底部不與桌面接觸，留有空隙，觀察蠟燭燃燒情況。然后使圓筒底部與桌面接觸，再觀察蠟燭燃燒情況。（見圖2）

3.點燃兩支蠟燭，在其中一支蠟燭上罩上兩個分開的半圓筒，兩個半圓筒之間留有約5毫米的空隙，分別觀察兩支蠟燭的燃燒情況。（見圖3）

圖3

【實驗現象與分析】1.步驟2中當用圓筒罩住蠟燭但底部與桌面不接觸，留有空隙時，蠟燭正常持續燃燒，因為空氣能夠不斷從底部縫隙流通到圓筒內；當圓筒底部與桌面接觸時，空氣流通不到圓筒內，蠟燭將因為缺氧而很快熄滅。步驟2說明可燃物燃燒需要消耗氧氣。

2.步驟3中當在其中一支蠟燭上罩上步驟1中沿豎向切開的兩個半圓筒，且兩個半圓筒之間留有一定的空隙時，觀察到蠟燭充分燃燒，且火焰高度明顯拉長，這是因為張開的圓筒內空氣對流速度加快。當圓筒內溫度高于圓筒外溫度時，圓筒內熱空氣因密度小，會順著圓筒自然上升，圓筒外冷空氣因密度大，由低層滲入補充，這就形成“煙囪效應”。這也就是那些火鍋中間有個像煙囪一樣的空心圓筒的原因。而銅火鍋的底座之所以設計得那么高，而且是空的，是因為木炭燃燒是需要空氣的，當木炭在里面燃燒的時候，可以通過底座洞門向底座內源源不斷地輸入空氣。

【拓展與反思】煙囪的主要作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。煙囪效應是煙囪內外溫差形成的熱壓及室外風壓共同作用的結果，而熱壓值與煙囪內外溫差產生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，煙囪內部溫度越是高于外部溫度，煙囪越高，煙囪效應也越明顯。