作为一个南方人,我对北方的暖气片总是充满了各种稀奇古怪的疑问。比如说,最近天气越来越热,停止供暖后,暖气片也就成了摆设,积灰了还要花时间打扫,甚至会造成一些不必要的麻烦。因此我想到,可不可以设计某种暖气片,在冬天能正常供暖,天气变热后又能变小收缩,甚至放进柜子里收起来?
听说了我的疑问后,果壳编辑部有同事提出,用猫咪做暖气片也许能解决这个难题。
猫是世界上延展性最好的材料之一,不仅可以沿着身体方向无限伸长,还可以轻易地塞进任意形状的仪器中。研究人员怀疑猫实际上处于一种介于液体和固体之间的特殊物态,而绝非普通的生物体。虽然无法给猫的身体内部通入热水,但考虑到猫是恒温动物,体温能达到38℃,我们只要找来足够多的猫,就能直接用猫身上的热辐射给房间加热。
让猫咪手拉手站成一排,再把它们挂在墙上,就能做成一个天然放热可收缩的暖气片,完美地解决了我的问题。遗憾的是,这一绝佳的方案遭到了编辑部爱猫人士的强烈谴责,最终无奈搁浅。
不能用小动物做实验,我们只能另想办法了。要想暖气片能在冬天工作、夏天收缩,我们最好能找到一种能随温度改变尺寸的材料。市面上的暖气片大多数都是钢制或是铝制的,因为金属的导热性更好,能让内部流动的热水更快地向外散发热量。
显然,如果不采取一些极端的手段,想要让这种暖气片变小收缩不是一件容易事。在五花八门的金属和有机材料中,聚乙烯的热膨胀系数是比较大的,能达到200x10^(-6)/开,将近金属铝的10倍。用聚乙烯做暖气管道行得通吗?假设聚乙烯暖气管初始长度为1米,室温10℃,暖气管里水温60℃。我们可以计算出聚乙烯管道在温度升高50℃后会伸长大约0.01米。就跟没伸长一样好不好!
看来没法指望热胀冷缩来让暖气管伸缩变形了。
热胀冷缩行不通,也许我们可以试试记忆合金。这种材料在低温下发生变形后,再升温就能恢复成之前的形状。记忆合金在航天工程中曾被用来制作天线。具备形状记忆功能的天线原本是一个巨大的半球形,为了方便携带会先被压成一团。等到飞船飞到外太空后,天线受到太阳照射、温度回升,就会慢慢变成原先的形状,开始向地球传输信号。这么高端的材料,赶紧拿来做暖气片啊!
非常抱歉,我们光顾着暖气管的变形,却把材料导热性能给忘了。典型的记忆合金,比如说镍钛合金,它的导热性实在是不太好。像暖气片常用的材质之一金属铝,导热能力是镍钛合金的20多倍,连钢铁的导热能力都比镍钛合金强。用记忆合金做暖气片,挺冷的。
好,不指望暖气片自己变大变小,我们亲自动手,行不行?这就给暖气片材料附加了一些要求:硬度不高、延展性好。
如果把材料限制在金属范围内,在元素周期表上找一圈,排除导热性太差的,比如铅;再排除一些熔点太低的,比如钠;最终可以发现最符合条件的金属是金,元素符号Au。纯金导热性非常好,在常见金属中仅次于铜和银,同时它的硬度不高,延展性特别强,能塑造成各种不同的形状。另外,纯金颜色漂亮、不会生锈,拿来做暖气片能让房间变得金碧辉煌。
想象一下,家里暖气片的材质从钢铁变成了黄金,金闪闪的,还可以在管道上镶几颗钻石用作装饰。到了冬天,给这款黄金暖气片通上热水,只要几个小时屋子就能变暖和。天气转暖后,把黄金暖气片给卸下来,再用锤子砸成一坨金块,就能很方便地收进柜子里节省空间。等到再次入冬,再找来一位金匠,把金块重新铸造成暖气管的形状就行了。不过我们都知道,金是很贵重的金属,买一套黄金暖气片是不是要花很多钱呢?
一般的钢制暖气片大约有40公斤。金的密度比铁大,相同体积的黄金暖气片大概有98公斤(就假设墙壁能够承受这个重量吧)。近期的黄金价格大约为每盎司1600美元,可估算出一套黄金暖气片的价格约为500万美元。可真是价格不菲呢——这还没算上找金匠铸造的花销。看来,即使世界上真的有可收缩的暖气片,可能也只是很少一部分人能够享受的高规格待遇。
查了查自己的银行卡余额,我发现自己并不属于那个群体,未来应该也不会加入。事实证明,可收缩暖气片只是我这个南方人对暖气产生的另一个无厘头想法。真是一个悲伤的故事。