Пьющая птичка

Пьющая птичка представляет собой простейший действующий тепловой двигатель. Можно утверждать, что пьющая птичка – это одна из наиболее удачных физических игрушек всех времен.

Майлс Салливэн изобрел ее еще в 1945 году, и, несмотря на глуповатый внешний вид, на самом деле это довольно сложное и остроумное устройство. Оно состоит из двух соединенных стеклянных сосудов, в которые налита жидкость с низкой точкой кипения. Если нижний сосуд становится теплее верхнего, жидкость скапливается в головке птички, и она становится тяжелее. Птичка подается вперед и опускает клюв в емкость с водой. Головка птички намокает, и рабочая жидкость возвращается в нижний сосуд. Он становится тяжелее, и птичка выпрямляется, затем цикл повторяется. Охлаждение головки при испарении воды создает разность температур сосудов и приводит птичку в движение. Так как игрушка действует от разности температур головки и хвостика, классическая пьющая птичка представляет собой тепловой двигатель.

Опускание клюва птички основано на охлаждении испарением и его влиянии на давление пара. Последовательность действий можно разложить на ряд элементов.
1.    Головка птички погружается в воду.
2.    По мере испарения воды происходит охлаждение верхнего сосуда.
3.    И-за снижения температуры в верхнем сосуде снижается давление паров.
4.    Под действием повышенного давления паров в нижнем сосуде и положения трубки в нем, жидкость в птичке течет в трубку.
5.    Верхняя часть птички тяжелеет, и птичка начинает переворачиваться.
6.    Когда тело птички принимает горизонтальное положение, в трубку попадают пузырьки газа, под их действием  давление уравновешивается, и жидкость стекает в нижнюю трубку
7.    Птичка выпрямляется, и процесс повторяется.

Получение водой дополнительной тепловой энергии ускоряет ее испарение (как при нагревании чайника). При отсутствии внешнего источника тепла вода получает энергию от движения молекул. Испаряющиеся молекулы вырываются из воды, энергия которой меньше их собственной  (т.е., вода холоднее). Охлаждающий эффект будет незначительным, если взять емкость большого объема с очень маленькой площадью поверхности, на которой происходит испарение. Однако, охлаждающий эффект значителен, если объем воды небольшой, а площадь испарения большая. Мы можем наблюдать это явление с помощью данной игрушки или при испарении пота с нашей кожи.
В случае нашей птички охлаждение испарением вне сосуда снижает температуру внутри него. При фиксированном объеме наблюдается прямая зависимость между давлением и температурой в системе. Следовательно, снижение температуры ведет к снижению давления в верхнем сосуде. Давление в нижнем сосуде поднимает жидкость вверх по трубке и запускает процесс, описанный выше.

Состав:
1.    Подставка
2.    Пьющая птичка (из стекла)
3.    Емкость для воды