譚迪熬

2018年5月中旬，來自常德芷蘭實驗學(xué)校的李貽曦同學(xué)，通過近兩年的努力發(fā)明的“簡易太陽能定量澆水器”，在2018年法國巴黎國際發(fā)明展上一舉獲得金獎。今天，我就將李貽曦同學(xué)這株“綻放巴黎國際發(fā)明展的原創(chuàng)之花”——簡易太陽能定量澆水器的發(fā)明經(jīng)歷，寫出來與大家分享。

2016年暑假，爸爸媽媽帶著李貽曦同學(xué)去外地旅游，半個月后回來發(fā)現(xiàn)家里盆栽的花草都枯萎了，主要是因為那半個月天氣炎熱，家里沒人給花草澆水導(dǎo)致的。李貽曦同學(xué)想：可不可以發(fā)明一種自動澆水裝置，這樣在沒有人看管的情況下可以實現(xiàn)自動澆水，花草就不會因干旱而死呢？隨后通過調(diào)查，李貽曦同學(xué)發(fā)現(xiàn)這種情況許多家庭都曾遇到過。這更加激發(fā)了他要盡快發(fā)明盆栽花卉自動澆水裝置的欲望。

通過科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，李貽曦同學(xué)知道植物在一天之中，對水的需求依據(jù)陽光的強弱而不同，早晚少，中午多，夜間、陰雨天則基本不需要水。李貽曦于是想：能不能利用太陽能的強弱與植物生長需水量變化規(guī)律相近這一現(xiàn)象，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)給花卉智能澆水呢？

通過上網(wǎng)搜集相關(guān)資料，李貽曦同學(xué)發(fā)現(xiàn)很多智能澆水設(shè)備設(shè)計得都比較復(fù)雜，需要通過電力的輔助來完成自動澆水，這不太適合家用，而利用太陽能是最環(huán)保且最安全的，也是最經(jīng)濟的。通過請教學(xué)?？萍驾o導(dǎo)員張才友老師，并走訪當(dāng)?shù)鼗ɑ芘嘤龑＜?，又?jīng)過近三個月的周密思考后，李貽曦同學(xué)認(rèn)為可以將太陽能的熱學(xué)原理與液體的力學(xué)原理結(jié)合起來，利用空氣的熱脹冷縮來提供動力，達到給花卉自動澆水的目的。白天，將太陽能集熱器正對陽光，集熱器吸收太陽熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，在單向閥的作用下（與滴管相連的單向閥只能出不能進，與貯水桶相連的單向閥只能進不能出），水滴于花盆中，調(diào)節(jié)太陽能調(diào)節(jié)器，可控制水滴速度;夜間，集熱器溫度下降，容器內(nèi)空氣收縮，氣壓低于大氣壓，在單向閥的作用下，貯水桶中的水被吸入集熱器中，為下一輪自動澆水做準(zhǔn)備。

接著，李貽曦同學(xué)開始了他的方案設(shè)計、模型制作、實驗驗證等一系列發(fā)明過程。

【方案一】 將太陽能集熱器注入約三分之二的水后，正對陽光插入花盆中;集熱器吸收太陽熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，水滴于花盆中。調(diào)節(jié)太陽能調(diào)節(jié)器，可控制水滴速度。

【方案二】 將下部的貯水容器注滿水，放在花盆旁;將太陽能集熱器正對陽光，集熱器吸收太陽熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，水被壓出。調(diào)節(jié)太陽能調(diào)節(jié)器，可控制水滴速度。

【方案三】 將水注入貯水桶中，直到水位指示器滿水刻度線為止，并往太陽能集熱器中注入約三分之二的水，再將花卉種植在花盆中。白天，將太陽能集熱器正對陽光，集熱器吸收太陽熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，在單向閥的作用下（與滴管相連的單向閥只能出不能進，與貯水桶相連的單向閥只能進不能出），水滴于花盆中，若旋轉(zhuǎn)太陽能集熱器，改變太陽能集熱器面向太陽的黑白比例，可控制水滴速度;夜間，太陽能集熱器溫度下降，容器內(nèi)空氣收縮，氣壓低于大氣壓，在單向閥的作用下，貯水桶中被吸入太陽能集熱器中，為下一輪自動澆水做準(zhǔn)備。

【實驗一】

1. 實驗?zāi)康模候炞C方案一能否實現(xiàn)自動澆水。

2. 實驗器材：太陽能集熱器（依據(jù)黑色吸熱原理全部漆成黑色），太陽能調(diào)節(jié)器（依據(jù)白色反射原理全部漆成白色），帶錐形插桿的滴管，塑料杯，電子秤，計時器，照度計。

3. 實驗記錄：（時間單位為分鐘，重量單位為克，光照度單位為lx）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案一設(shè)計進行實驗?zāi)軐崿F(xiàn)自動澆水功能。滴管出水速度與光照度有關(guān)，光照越強，水滴速度越快;顯然，通過太陽能調(diào)節(jié)器控制光照度完全可以調(diào)節(jié)水滴速度。在2小時35分鐘的時間內(nèi)，出水總重量為290.3克。但一個500克容量的太陽能集熱器，只能滿足4個小時左右的滴灌需求，即使通過太陽能調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)水滴速度，也只能滿足兩天左右的滴灌需求。

【實驗二】

1. 實驗?zāi)康模候炞C方案二能否實現(xiàn)自動澆水。

2. 實驗器材：太陽能集熱器（依據(jù)黑色吸熱原理全部漆成黑色），太陽能調(diào)節(jié)器（依據(jù)白色反射原理全部漆成白色），貯水容器，滴管，塑料杯，空氣導(dǎo)管，電子秤，計時器，照度計。

3. 實驗記錄：（時間單位為分鐘，重量單位為克，光照度單位為lx）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案二設(shè)計進行實驗不能實現(xiàn)自動澆水功能。在4小時30分鐘的時間內(nèi)，無論光照度怎樣變化，均不能使貯水桶的水滴出。其原因在于太陽能量有限，空氣受熱膨脹產(chǎn)生的力，不足以讓水克服重力及管道的阻力從出水口滴出。經(jīng)進一步實驗研究，發(fā)現(xiàn)只有太陽能集熱器高于出水口時，在太陽能的作用下，才有水從滴管處滴出。

【實驗三】

1. 實驗?zāi)康模候炞C方案三能否實現(xiàn)自動澆水。

2. 實驗器材：太陽能集熱器（依據(jù)黑色吸熱與白色反射原理一半漆成黑色，一半漆成白色），帶單向閥的滴管，帶單向閥的進水管，水位指示器，溢水管，貯水桶及套在貯水桶內(nèi)的花盆，塑料杯，電子秤，計時器，照度計。

3. 實驗記錄：（時間單位為分鐘，重量單位為克，光照度單位為lx）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案三設(shè)計進行實驗?zāi)軐崿F(xiàn)自動澆水功能。滴管出水速度與光照度有關(guān)，光照越強，滴水速度越快。顯然，通過旋轉(zhuǎn)太陽能集熱器黑白比例控制光照度完全可以調(diào)節(jié)滴水速度。在3小時內(nèi)，出水總重量為258.6克，當(dāng)集熱器中預(yù)裝的300克水滴完后，出水口不再滴水，可實現(xiàn)定量澆水。

1. 實驗?zāi)康模候炞C方案三能否實現(xiàn)自動吸水。

2. 實驗器材：太陽能集熱器（依據(jù)黑色吸熱與白色反射原理一半漆成黑色，一半漆成白色），帶單向閥的滴管，帶單向閥的進水管，水位指示器，溢水管，貯水桶及套在貯水桶內(nèi)的花盆，塑料杯，電子秤，計時器，照度計。

3. 實驗記錄：（時間單位為分鐘，重量單位為克，溫度單位為攝氏度）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案三設(shè)計進行實驗?zāi)軐崿F(xiàn)自動吸水功能。吸水多少與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越低，吸水越多。在4小時30分鐘內(nèi)，吸水總重量為103.4克，一晚按9小時計算，能吸水206.8克，可基本滿足第二天的澆水需求。

李貽曦同學(xué)通過實驗發(fā)現(xiàn)，方案一雖然成功，但由于其存水量太少，只能完成一次澆花的任務(wù)，無法滿足家中長期無人時的自動澆水需求。方案二改進了方案一存水量不足的缺點，增加了貯水裝置，可以保證多次澆水，但由于空氣膨脹壓力不足，無法將貯水自動壓上來，因此失敗。方案三在方案二的基礎(chǔ)上進行了改進：A.采用方案一的設(shè)計，將太陽能集熱器置于滴管出水口的上方，提高水壓;B.增加了兩個單向閥，解決了吸水問題;C.將貯水裝置與花盆相結(jié)合，對花盆中多余的水進行回收并循環(huán)利用，解決了存水不足的問題，基本達到了預(yù)定的研究目標(biāo)。

隨后，李貽曦同學(xué)在張才友老師的指導(dǎo)下，做了進一步完善。原因是方案三雖然完成了預(yù)定的研究目標(biāo)，但其太陽能集熱器的安裝位置影響到植物的生長，在外觀美感上也有所欠缺。他在完善后設(shè)計出了一種環(huán)形太陽能集熱器，安裝在花盆口沿的上方，一邊黑，一邊白。這樣，即不影響植物的生長，又增加了花盆的美感。

2018年4月底，通過層層遴選，李貽曦同學(xué)這款富有原創(chuàng)性的發(fā)明作品，隨著中國發(fā)明協(xié)會代表團走上了法國巴黎國際發(fā)明展的大舞臺。作品一經(jīng)展出，就受到綠色、環(huán)保意識極強的巴黎市民追捧，紛紛掏錢想要購買！

國際評委一致認(rèn)為：李貽曦同學(xué)發(fā)明的簡易太陽能定量澆水器，顛覆了傳統(tǒng)自動澆花的概念，它利用太陽能的強弱與植物生長需水量變化相近這一規(guī)律，利用不同顏色對太陽能吸收能力的差別，依靠空氣熱脹冷縮形成的動力，實現(xiàn)按需澆水功能;巧妙應(yīng)用單向閥原理，并將貯水桶與花盆合二為一，實現(xiàn)余水收集、夜間吸水、白天澆水的功能，為花卉護理提供了一項原創(chuàng)性的新作品。

這真是：發(fā)明真諦是簡單，原創(chuàng)之花稱豪強。勇奪巴黎金牌獎，中國少年帥兒郎！

（編輯 白 鳥）