声音也能发电

    我们所说的声音实际上是多个分子的有序运动。发声物体有规律地振动，使得空气分子以特定的模式开始振动，这种振动模式依次向远处传播：空气分子次第膨胀，挤压周围的邻居，迫使它们收缩，随后，被挤压的空气分子放松膨胀，循环往复。空气分子膨胀和收缩的循环产生了一种在空气中传播的波，最终空气波敲响耳膜并迫使它以相同的模式振动，大脑将耳膜的振动翻译为声音。

    温度本质是衡量物体分子热运动剧烈程度的物理量。比如，如果你坐在火炉旁边，火焰发出的红外线会照射到皮肤，其中所蕴含的能量会导致皮肤分子振动、摆动，火炉辐射的能量越多，皮肤分子的运动就越剧烈，我们感受到的温度就越高。与此相似，声波应该也会使我们感觉“温暖”。可实际上，即使对着手臂大喊大叫，你也不会觉得自己的手臂有灼热感，皮肤分子难道没有被声波带得振动起来吗？其中一个原因是皮肤表面并不平整，声波不会同时以相同的方式击中皮肤的所有部位，一些空气分子在隆起处被吸收，却在皱纹处被反射。因此，皮肤分子的振动会相互抵消，以至于热量被消弭。更重要的原因是，声波所携带的能量原本就很小。

    美国斯坦福大学的科学家做过这样一个实验：使用声音烧水。如果要将一壶水烧开，声音的响度需要达到270分贝，这个响度比火箭的发射声音还大，可能会让人的心脏和肺部破裂。

    不过，换一种方法，我们也许可以将声音中蕴藏的能量提取出来。

    早在18世纪，欧洲吹玻璃的老匠人就发现了一种神奇的现象：如果将热玻璃灯泡连接到冷玻璃管上，不需要任何额外动作，玻璃管就会发出响亮的声音。后来，更多科学家参与到研究中来，其本质也进一步得到揭示：真正让管子发声的，是其中温度发生改变的空气。简单地说，就是声音在空气中传播时在不断振动，这会使空气也随之振动，而发生振动的空气分子会随着声音的振动和声波的传播，时而压缩时而膨胀，当气体被压缩时就会变热，而在膨胀时则会变冷，声音就这样改变了空气的温度。与此同时，温度的变化也会对声音产生影响。如果在气体最致密的时候加入热量或最稀薄的时候吸取热量，声音就会变大（热能变成声能形式的机械能）；反之，如果在气体最致密的时候吸取热量或最稀薄的时候加入热量，声音就会变小（声能变为热能）。这个现象被称为“热声效应”。

    人们发现热声效应后，开始致力于研究这种现象在生活中的应用。美国科学家制造出了这样一台冰箱：用管子收集喇叭产生的声音来制冷。噪声集中的管端，气体气压更大，根据热声效应，这一端也就更热，而另一端气压更小更冷，冷的这一端就可以当作冰箱使用。为了达到制冷效果，喇叭需要发出高达173分贝的巨大声音，这足以让人失聪，但好在热声冰箱的噪音不会泄漏出来。热声冰箱不使用任何对环境有害的制冷剂，也不会排放温室气体，比普通冰箱更加环保。

    传统扬声器使用电磁感应将电能转换成声能，反过来，声能也可以转换成电能。热声发电技术是将热声发动机与发电机结合，将热声发动机产生的声能转换为电能的技术。这种新型的热发电技术在空间电源、太阳能热发电、分布式能源系统等领域具有发展潜力和重要应用前景。

    （大科技微信公众号 4.11）