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来源:本站原创  作者:admin  更新时间:2019-09-08  浏览次数:
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想法很好.图片来源:youtube这个想法太完美了我们身边就有很多空气啊它们中不也蕴藏着巨大的能量吗按照这个道理把空调反过来开能源不就源源不断了吗你可能要说:"不用学习什么定律、理论按照我多年的生活体会我就知道不插电让空调自己开这是不可能的"不插电空调能自动运转吗图片来源:google是啊我们都看习惯了热量从热的地方转移到冷的地方从而让物质的温度更加平均而要让热量反过来走就必须依靠空调、冰箱但谁看过空调、冰箱不插电就能工作呢冰箱和空调的核心部件:压缩机图片来源:google制造空调前第一你需要知道热力学第二定律确实如此空调的原理来自卡诺对于热机的研究卡诺一开始倒不是为了造空调、冰箱而是为了提升热机的效率也就是如何将高温热源里的热量提取出来对外做功穷尽自己的聪明之后卡诺发现要将高温 TH 处的热量 QH 提出来做功W必须还要传递一些热量 QC 到低温 TC 处我们只能得到输出功W=QH-QC而无法得到所有的 QH而因为 QH 和 QC 分别正比于 TH 和 TC因此热机效率k=W/ QH=TH-TC/TH这肯定是小于 1 的于是卡诺终于为终极宇宙秘密所折服总结出了卡诺原理:准静态卡诺循环和可逆卡诺循环的效率只取决于两个热源的温度而且无论工作物质是什么它们的效率是相同的这样操作的卡诺热机是利用这两种温度最有效的热机卡诺热机原理图示:热量 QH 要想做功(W)必须从高温区域(TH)传递到低温区域(TC)其中会缺失热量 QC图片来源:wiki以上内容看不懂也没关系简单来说就是我们无法利用所有的热量而将热机效率提升到 100%反过来要将热量从冷的地方提出来送到热的地方去那就必须"付费"即消耗额外的能量如下图这就是空调、冰箱的原理也就是一个"反热机"将热量从低温区域(室内)移到室外则必须要输入功W(插电)才能将热量 QH 移到高温处(室外)空调就是一种"反热机"用热泵(Heat pump)将热量从冷源(Cold reservoir at Tc)提取出来送给热源(Hot reservoir at Th)必须输入额外的功(W)图片来源:wiki卡诺原理算是热力学第二定律的雏形要知道卡诺提出卡诺原理是在 1824 年这还在热力学第一定律之前很多年很惋惜的是卡诺英年早逝一直到 1850 年克劳修斯才在卡诺的基础上提出了比较完整的热二定律的表述:热不可能从一个较冷的物体传递到一个较热的物体而不发生与此相关的其他变化克劳修斯两句话说完热力学两大定律图片来源:wiki再后来开尔文也有一个表述:不可能制成一种循环动作的热机从单一热源取热使之完全变为功而不引起其它变化这个说法等效于:第二类永动机不可能实现开尔文图片来源:wiki能量的"搬运"总是充满"坎坷"原来我们身处一个充满"摩擦"和"坎坷"的世界只要你想将能量从这里搬运到那里就必须被消耗掉一部分比如我们开车就有一部分的汽油需要消耗在地面和轮子的摩擦力上而当我们打开发动机仔细研究其中的机械会发现尽管存在很多机油润滑还是会有很多地方有磕碰和摩擦当它运转起来以后你会发现这发动机可不光会把气体加热也会加热气缸当尾气排出工程师也真的想对着尾气大喊一声:"停留下买路钱"让这些高温的气体把热量留下来而自动变凉出去虽然这不过是缥缈的幻想因此一台汽油发动机的机械效率只有 25-50%也就是说我们油钱的一半以上都被浪费了设计如此精巧的汽车发动机机械效率却如此之低图片来源:google其实影响机械效率的因素可不止上面两条再比如气体的不完全燃烧现实中的气体当然不是理想气体分子与分子之间存在微小的范德华力这些微小的吸附力导致气体难以充分混合有时候需要"排排队"才能发生化学反应因而最终不能完全燃烧所以我们的汽车尾气里总会有一氧化碳、一氧化氮等毒性物质更因此我们的发动机总会遭受积碳困扰小伙子要不要加瓶燃油宝图片来源:google说起化学反应有人会说:"硕大的机械过于笨重我喜欢柔软的化学之美构造一个化学可逆反应比如氢燃料电池先将水电解成氢气和氧气再让氢气在电池里"燃烧"氢燃料电池奉献的能量不正好等于电解水的能耗吗"一种燃料电池示意图图片来源:google理论上似乎很美丽但这位同学忘记了一个"活化能"的概念将氢气和氧气混合在一起在常温下它们也不会燃烧必须有明火、火花等提供活化能它们才会发生猛烈的化学反应更何况各种电池也难以避免热量的损耗氢燃料电池的能量转换率最多也只能达到 80%活化能(EA)示意图虽然从反应物(reactants)到产物(products)之间的吉布斯自由能变(△ G)小于零反应理论上完全可以发生但还必须克服活化能(EA)才能发生反应图片来源:wiki说到电这似乎是一条最好的能量传递方式但是传递电的介质也会有电阻这是电流遇到的"摩擦"当然现在人类已经发现了"超导体"这是后话电阻的示意图图片来源:google这时候又有小伙伴有话要说:"我能找到一个没有摩擦的地方那就是太空"是啊太空比人工制造的任何真空都还要"空"这也是最好的验证"牛顿第一定律"的地方:如果没有摩擦力物体将保持原先的运行状态然而我们知道有温度的物体都会自发地产生热辐射如果一个宇航员不慎坠入太空经过足够长的时间他的肉身会辐射殆尽变成虚无的粒子坠入太空的宇航员最终会变成什么图片来源:google这就是热力学第二定律告诉我们的:热这种"可恨"的东西总是希望变得更加均匀热的物体和冷的物体接触会变成中间温度这是热传递;将热的流体和冷的流体放到一起它们会彼此穿插到对方的队伍里这是热对流;就连两个相隔几光年远的不同温度的物体它们还是会跨过时空期望通过热辐射的形式达到热平稳三种热的传递方式:热传导(conduction)热对流(convection)热辐射(radiation)图片来源:google1865 年克劳修斯更进一步提出了"熵"的概念可以理解成体系的无序程度按照热力学第二定律一个封闭体系的熵总是不断增加直到热平衡状态这时候体系的熵最大也彻底丧失了做功的能力热二告诉我们:体系总是变得更加纷乱图片来源:google我们可以认为宇宙是一个封闭体系因此可以推断出宇宙最终也会达到热力学平衡这叫做"热寂"这时的宇宙无序程度最大所有的生命都不复存在这是宇宙的终极末日宇宙的终极归宿是"热寂"吗图片来源:google试图挑战热力学第二定律历史告诉你:没门儿热力学第一、第二定律的出现似乎已经宣布了各种永动机的死刑但是大神麦克斯韦有话要说:热力学第二定律真的成立吗于是他构造了这么一个思想实验:由一个小妖精控制着两个气室之间的一扇小门我们知道气体分子的速度按照玻尔兹曼分布有快的也有慢的这个小妖精让快的气体分子进入左边而让慢的分子进入右边这样体系的熵不是减少了吗两边不是产生了温差了吗这个温差不就可以用来做功了吗这个小妖精因此被称为"麦克斯韦小妖"位列物理学四大神兽之一设置一个小妖精开门关门就可以烧开水啦图片来源:google其实想一想就知道麦大神的错误在哪里这个小妖精可不是"活雷锋"它在如此勤劳的操作过程中也需要耗费大量的能量比如它需要观察每个分子的速度还要不断地开门关门如果它是碳基生命可能还需要进食和排便那这些能量从哪来呢所以有了麦小妖就不能仅仅把左右气室作为孤立系统而应该将麦小妖和气室放在一个大系统里这时会惊奇的发现整个系统还是遵守热力学第二定律的小妖:你们把我忘了吗我饿了.当气体分子撞击叶片,从杜岚身上,从驻澳部队抗击台风天鸽的行动中,校长职级制改革绝不仅是“去行政化”和取消行政级别,紧紧环绕校长这个“关键少数”进行岗位、职级、专业发展、绩效一体化治理。中国队经过加时赛以76-79惜败于波兰队。男篮世界杯A组第二轮战罢,为探索火星的漫漫征程做准备,肯尼迪航天中心材料科学家凯文·格罗斯曼说。
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