爱因斯坦的发明(爱因斯坦最伟大的发明)

专家:朱广思

生物学硕士

众所周知，爱因斯坦是一位伟大的物理学家。他突破了“光子”的概念，解释了光电效应，获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

此外，爱因斯坦还解释了布朗运动的本质，提出了新的固体比热容理论，创立了狭义相对论和广义相对论...

1905年，爱因斯坦提出了光量子假说和狭义的完全相对论原理，因此这个年被称为爱因斯坦奇迹年。

由于爱因斯坦等人的不懈努力，20世纪物理学发展迅速。然而，很少有人知道，这么伟大的物理学家竟然发明了一种不用插电的冰箱！

一次事故，三项发明

故事发生在1926年的柏林。爱因斯坦在报纸上看到，由于冰箱冷凝管破裂，二氧化硫、氯甲烷等制冷气体泄漏，一家人中毒身亡。爱因斯坦开始思考是否可以制造出无毒的冰箱，于是他去找L.Szilard讨论，寻找可行的方法。

利奥·西拉德这个名字你可能不太熟悉，但你一定很熟悉他参与发明的两样东西——原子弹和核反应堆。

匈牙利裔美籍核物理学家西拉德构想并讨论了核裂变中维持链式反应的原理，提出了临界质量的概念，参与了曼哈顿计划(美国陆军部的原子弹计划)，并与恩格里奇·费米等人在芝加哥大学建立了人类第一个核反应堆“芝加哥堆-1”。

西拉德于1958年获得阿尔伯特·爱因斯坦奖，1959年获得原子促进和平奖，并于1961年当选为美国国家科学院院士。

让我们回到这个故事。当时爱因斯坦和西拉德见面后，他们仔细讨论了当时冰箱的工作原理:所有这些冰箱都是通过冷凝器中液化的制冷剂蒸汽冷却并释放热量，然后引入蒸发器，蒸发器与冰室进行热交换，蒸发吸收的热量再次变成蒸汽，从而通过循环做功实现制冷。

制冷剂的沸点与压力有关。压力越高，沸点越高。压力越低，沸点越低。只有控制冷凝器和蒸发器中的压力，才能使制冷剂在规定的温度下液化或蒸发，达到循环放热和吸热的目的。

爱因斯坦和西拉德

来源|原子遗产基金会

所以这台冰箱最重要的结构就是减压用的膨胀阀(节流阀)和增压用的压缩机，其中有一个的死与压缩机有关。

当压缩机给制冷剂加压时，它需要来回做机械运动。爱因斯坦和西拉德认为，这将导致密封部件的丢失和老化，最终有毒制冷剂——二氧化硫、氯甲烷等气体泄漏，毒害了报纸上提到的家庭。

上世纪的冰箱

来源|海报时尚网

因此，爱因斯坦和西拉德计划设计一种没有运动部件的吸收式冰箱。没有零件之间机械运动造成的损耗，制冷剂自然可以牢牢密封在内部。

与普通冰箱不同，这种冰箱不需要通电，只需要通过改变液体和气体之间的气压来降低温度，从而达到制冷的目的。

爱因斯坦和西拉德设计的吸收式制冷机示意图

来源|维基百科

他们对产生蒸汽的步骤进行了改变:代替机械操作，他们加热低沸点的氨水，并提供高温高压的压缩机来产生制冷剂蒸汽。

此外，爱因斯坦和西拉德不再使用有毒的氯甲烷和二氧化硫，而是尝试用氨、丁烷和水将氨气引入装有丁烷的长颈瓶中。丁烷吸收氨气的沸点会降低到室温以下，丁烷的沸腾过程会吸收大量热量，达到制冷效果。

随后，沸腾产生的混合物将被引入水中，将氨与丁烷分离，并让它们进入下一个制冷循环。

爱因斯坦和西拉德设计的冰箱冷却系统专利图

来源|颜瑜。爱因斯坦的冷却器[J]。大科技之谜，2013，(5):34-35。

然而，这种设计的成本太高。考虑到商业化生产的成本和效益，还没有投入大规模工业化生产。

爱因斯坦也认为这种吸收式冰箱的结构过于复杂，有必要找一种结构更简单的冷却器。

于是他们提出了一个新的方案:扩散式冰箱。

扩散式冰箱示意图

来源|阿勒菲尔德g .爱因斯坦作为发明家[j]。今日物理，1980，33 (5): 9-13

扩散制冷机的原理和装置更简单。它以甲醇为制冷剂，利用自来水的水压将高速水喷向甲醇附近，在甲醇液面以上形成低压区，促进甲醇蒸发，实现制冷。

当然，他们并没有就此止步。爱因斯坦和西拉德随后提出了第三种冰箱的可能性:电磁冰箱(AEG型冰箱)。

他们将液态金属密封在不锈钢圆筒中，并在圆筒外安装了一个可以产生磁场的线圈。

工作时，缸外线圈电流变化激发的磁场使缸内液态金属在磁场作用下作直线往复运动，对制冷剂进行加压，达到与压缩机相同的加压效果，但无需任何机械传动装置，无需担心泄漏。

爱因斯坦和西拉德设计的电磁压缩机示意图(左)和物理图(右)

来源|阿勒菲尔德g .爱因斯坦作为发明家[j]。今日物理，1980，33 (5): 9-13

但是液态金属在运动时会发出很大的噪音，所以这款冰箱还没有进入市场。

然而，这种电磁压缩机冰箱并没有被遗忘。许多年后，根据这种设计，人们根据电磁感应原理发明了磁力泵。这种电磁泵后来被广泛用于核电站。

逐渐被遗忘。

虽然爱因斯坦和西拉德开发了三款环保创新的冰箱，但都没能成功进入市场。

这是因为当时引进了一种新的无毒制冷剂。没错，就是大家熟悉的氟利昂。因为不用担心有毒物质的泄漏，人们仍然可以采用传统的压缩机结构，爱因斯坦和西拉德发明的新型冰箱自然没有市场。

随着时间的推移，人们逐渐认识到氟利昂破坏臭氧层的弊端，代代开发新型制冷系统，禁用氟利昂。同时，压缩机的结构也得到了优化，冰箱也逐渐变成了我们今天看到的样子。

3过去的冰箱再次出现。

然而，爱因斯坦和西拉德开发的冰箱真的消失了吗？不要。

随着全球气候变化和能源短缺越来越严重，爱因斯坦和西拉德开发的冰箱再次受到研究者的关注。

牛津大学的工程师马尔科姆·麦卡洛克基于爱因斯坦的冰箱进行了研究，致力于开发新一代无电冰箱来替代现有产品，并于2008年宣布拥有1930年专利认证的爱因斯坦冰箱已成功修复。它可以利用太阳能提供能量，携带方便。

他说，在此基础上，有望改进技术、重新选择制冷剂、增加配置等。，优化成制冷效率高、环保的冰箱。

此外，基于爱因斯坦电磁冰箱的电磁泵在各大核电站仍然日夜工作。

来源:数字北京科学中心

原标题:早期的冰箱居然毒死人？爱因斯坦发明了一种没有插件的冰箱。

编辑:姚峰