我们的1654 第728节（2 / 4）
法国人卡诺仔细研究热转功的问题，给出了理想热机的效率计算公式。即便是理想热机，效率也无法到100%。更不要说实际的热机，效率只会更低。人类设计了若干热机，将热转为功。
最早就是蒸汽机，使用燃料加热水，生成高压蒸汽推动活塞产生定向运动。活塞带动一根摇臂轴和曲壁将往复运动转换为旋转运动。现在只能在博物馆见到的蒸汽机火车头，就是这类机械的应用。在军事竞争下，出现多胀式蒸汽机，高温蒸汽通过多个汽缸做功，提高了效率和功率。十九世纪末期，当时军舰采用多胀式蒸汽机做动力。随之出现了汽轮机（蒸汽涡轮机），高压蒸汽直接喷在涡轮上的叶片（想象风车的叶片），产生旋转运动。功率可以做得非常大，二十世纪初应用于军舰动力，现在多用于热电厂。核电厂发电，也是使用汽轮机进行。事实上，核动力航母、潜水艇，都是使用汽轮机为动力，而核反应堆无法产生动力，本质就是超大功率的锅炉，只能产生高压蒸汽。内燃机，采用汽油、柴油、可燃气体等，在气缸内直接燃烧生成高温高压气体推动活塞运动，略过了加热水生成高压蒸汽的过程，效率比蒸汽机高。由于体积小，功率适中，广泛应用于汽车工业，早期飞机也采用这类型发动机做动力（有一种内燃机，旺凯尔发动机，可以直接产生旋转运动）。由蒸汽机改为汽轮机的思路出发，内燃机改为燃气轮机。这种机械体积小，功率大，推重比高，用于飞机动力。火箭发动机则是原理最简单的喷气推进动力机械。燃料燃烧产生高温高压气体直接喷出，推动火箭前进。
原理完全不同的热功转换装置：燃料电池。这种温和燃烧发生在质子膜上，并没有高温产生，直接转换为电力，是研究的热点。早在50年前就在宇宙飞船上使用，目前已经商业化。
机械名称燃料工作方式驱动方式动力转换功率
蒸汽机煤、重油燃烧加热水产生高温高压蒸汽蒸汽驱动活塞产生定向运动定向-gt;旋转大
汽轮机煤、重油、核反应加热水产生高温高压蒸汽高压蒸汽驱动涡轮叶片直接产生旋转运动无非常大
内燃机轻油、可燃气燃烧直接产生高温高压气体高压气体驱动活塞产生定向运动定向-gt;旋转中
燃气轮机轻油燃烧直接产生高温高压气体高压气体驱动涡轮叶片直接产生旋转运动无大
火箭发动机高能燃料燃烧直接产生高温高压气体高压气体直接喷出发动机外产生定向运动无非常大
燃料电池氢气或其他可燃气体在质子膜上进行燃烧无直接产生电力中
功转热，100%，热转功，必小于100%。比较功转热和热转功，可以发现，虽然能量守恒，发生能量转换时，能量中无序的热越来越多，有序的功越来越少。而能量转换随时在发生。我们定义自然（宇宙）的无序程度（混乱程度）为熵。那么就得出一个结论，自然越来越混乱。即自然的熵单调增加。熵与能量中的热量部分相关，但是温度增加也意味着热量增加，因此要扣除温度增加因素。所以熵=过程的热量/绝对温度
熵单调增加，就意味着世界上很多事情是无法逆转的。比如人的死亡，热水和冷水混合成温水。宇宙会不会最终达到全体热平衡？这个无法估计，因为我们无法生存到那时候来验证。
观察：
1.在热机应用中，根据情况不同，出现各种变形。斯特林发动机，可称之为外燃机。汽缸中气体不和外界交换，由外部的冷热交替来驱动汽缸活塞，通过曲柄来产生旋转运动。斯特林发动机效率非常高，可达80%。另外反过来供应机械能，斯特林发动机可以提供热量，变成热泵。使用风能做动力，就成空调了。并且不存在现代空调的缺陷，不使用任何有机致冷剂，对环境无污染。奎西发动机和旺凯尔发动机类似，但优势更大。燃料燃烧充分，污染小。发动机完全平衡，无振动。轻油、气体均可使用。构造简约。
2.内燃机工作时，活塞输出动力仅在汽缸内部膨胀时进行。这样动力输出不连续。为了持续输出，一般都使用多个汽缸共同工作，不同汽缸之间输出动力有时延，保证随时都有汽缸在输出动力。多个汽缸的时延累计恰好等于活塞工作一个循环的时间。汽缸越多，输出越平稳，功率也越大。早期飞机使用星形汽缸布置，汽车多采用列布置，也有采用v型布置，水平对置型。这些对输出动力没有区别，仅仅是汽车外形构造的需求。
3.汽轮机的输出功率大，效率高。而燃气轮机原则上效率更高。制约燃气轮机的因素是材料。汽轮机的蒸汽温度再高，也远不及燃气轮机的高温气体，不会对涡轮叶片造成影响。但燃气轮机的高温气体很容易达到叶片材料的熔点附近。当叶片变软变形，就无法工作。无论材料如何改变，因燃气温度过高，对叶片的影响总是大于蒸汽的。当高压气体作用于叶片时，形变肯定大于汽轮机的。
4.房间过一段时间总是要收拾，不然就显得很凌乱。花一小时堆一个沙丘城堡，一脚下去就消失了，用时一秒。生活中我们总是和熵做斗争：恢复整洁的房间、使用各种化妆品来证明身体的熵没有增加（可惜不能免除死亡。西方曾有种万能药，据说能治百病。似乎是使用埃及木乃伊身上的组织制作而成。不知道那些被制作了万能药的主人是否还存在意识，自己的永生愿望居然是这样实现的！）。
5.德国人克劳修斯曾预言宇宙的热寂。虽然能量总和不变，但没有温差。没有温差就无法做功。没有变化的世界就意味着死寂。对宇宙的分析理论有多种，每种都有支持证据和反驳证据。总之宇宙的未来还尚未可知。宇宙进入死寂的前提是宇宙可以存在到那个时候。假若宇宙永生的话，理智上可以相信热寂。
永动机是人类美好的愿望之一。居然可以持续输出动力，而没有什么代价，天堂也不过如此。但残酷的现实表明，我们居住的这个宇宙，不支持永动机存在。
永动机有两种类型，一种是无中生有，另一种是扭转乾坤。无中生有的类型不符合能量守恒原则。在没有任何能量输入的情况下，可以输出能量，属于天上掉馅饼的情况。圣经里面叙述过，天上曾经掉过馅饼（mana）。但也只掉过一次，永动机是持续掉。太过于完美，以至于不存在。这类型逐渐不被人接受。扭转乾坤类型比较有迷惑性，海洋、大气中的热能转化为功，是这类型的特点。起码能量是守恒的，所以霎那间还觉得可行。但热转功是必须有温差，而那些永动机在利用海洋热源时，不存在对应的温差源。这些永动机是将自然不可逆过程当作可逆过程，并按照逆过程来实施。
思考：
1.很多人，对科学的理解与巫术类似，或者把科学当巫术。认为都是万能的、永远正确的。对待问题总是希望有一劳永逸的解决方案，把愿望当作现实。符合自己愿望的就是真实，不符合的就拒绝接受。总是徘徊在完全接受和完全拒绝之间，而不能思考。虚假广告总是挂着科学的头衔，骗子总是担着教授的名义。水变油，不知道在水里面添加了什么，水可以燃烧起来。即便不懂化学，也能明白，烧光了添加的东西，水还是水。这属于无中生有的永动机。
2.空气能热水器，号称从空气中吸热。其原理是：通电后，制造温差。制造温差可以使用压缩机，就和空调、冰箱相同方法。也可以使用半导体。总之是一面热，一面冷。让冷的一面暴露在寒冬空气中，并且其温度比空气温度低。这样冷的一面会从空气中吸热。就像你把空调散热部件放在室内，出风口对着室外一样。问题是：这种方法获取的热量和消耗同样电量的电炉子发的热量，那个多？同样方法，可以自制土空调，大幅度压缩空气，其温度急剧上升。使用水来降低压缩空气温度（顺便提供热水），在室内，将压缩空气恢复正常气压，其温度低于正常温度，温度下降程度与压缩比率相关。这是绿色环保空调，使用空气和水，不含氟利昂，强力推荐。
3.自发电的电动自行车。如果按字面理解，这就是无中生有永动机。如果真有发电装置的话，在减速时让自行车的动能转为电能，给蓄电池充电。不浪费路途中的动能和势能。不过就不知道是不是营销策略和噱头。反正你不给电池充电的话，或许可以出门，但肯定回不来。当然你要是脚蹬回来的话，就别提电动两字。
4.英国人麦克斯韦，曾提到一个思维实验。在一个密闭空间，空气温度均匀，中间用一个隔板分开，隔板中有小门可以让分子通过。现在有个精灵在门口检查分子速度，速度高的进一个空间，速度低的进另外一个空间。这样在热均匀分布中制造了温差，就可以用来做功。这样做是否实现了逆天而行呢？【获取分子运动速度和判断快慢，是要消耗能量的！即信息也是需要能量的。对分子进行驱赶，也是需要能量的。】
5.尼古拉?特斯拉是天才，他的思维和实验，都是超越时代的。但无论怎样，不存在违反能量守恒和熵增过程。那些自称天才却对能量与熵一知半解的，绝不是第二个特斯拉。
梅乐芝经理的科普文章（九）
第9节二维-三维
地球上存在的物体，总是有表面积和体积，即便是一张纸。现在我们测量某物体的表面积和体积。对于长宽高都为1米的立方体对象，比如说铁。其表面积为6平方米。体积为1立方米。当长宽高都为2米时，表面积为24平方米，体积为8立方米。我们可看到当对象变化尺寸（1：2）时，面积变化快（6：24）=（1：4）体积变化更快（1：8）。现在换一个铁棒，长度是2米，直径是0.5米，表面积是9π/8平方米，体积是π/8立方米。当尺寸增加一倍时，长度为4米，直径为1米。表面积9π/2平方米，体积是π立方米。尺寸变化（1：2），表面积（1：4）=（1：2*2），体积（1：8）=（1：2*2*2）。也就是说，尺寸增加时，表面积的增加等于尺寸两重增加，体积的增加等于尺寸三重增加。
现在我们定义：长度（尺寸）是一维，面积是二维，体积是三维。注意看，刚才的尺寸增加时，物体是按比例都增加。如果不按比例增加（比如长增加1米，宽和高不变），那么面积和体积的增加就不满足二重和三重关系。 ↑返回顶部↑
最早就是蒸汽机，使用燃料加热水，生成高压蒸汽推动活塞产生定向运动。活塞带动一根摇臂轴和曲壁将往复运动转换为旋转运动。现在只能在博物馆见到的蒸汽机火车头，就是这类机械的应用。在军事竞争下，出现多胀式蒸汽机，高温蒸汽通过多个汽缸做功，提高了效率和功率。十九世纪末期，当时军舰采用多胀式蒸汽机做动力。随之出现了汽轮机（蒸汽涡轮机），高压蒸汽直接喷在涡轮上的叶片（想象风车的叶片），产生旋转运动。功率可以做得非常大，二十世纪初应用于军舰动力，现在多用于热电厂。核电厂发电，也是使用汽轮机进行。事实上，核动力航母、潜水艇，都是使用汽轮机为动力，而核反应堆无法产生动力，本质就是超大功率的锅炉，只能产生高压蒸汽。内燃机，采用汽油、柴油、可燃气体等，在气缸内直接燃烧生成高温高压气体推动活塞运动，略过了加热水生成高压蒸汽的过程，效率比蒸汽机高。由于体积小，功率适中，广泛应用于汽车工业，早期飞机也采用这类型发动机做动力（有一种内燃机，旺凯尔发动机，可以直接产生旋转运动）。由蒸汽机改为汽轮机的思路出发，内燃机改为燃气轮机。这种机械体积小，功率大，推重比高，用于飞机动力。火箭发动机则是原理最简单的喷气推进动力机械。燃料燃烧产生高温高压气体直接喷出，推动火箭前进。
原理完全不同的热功转换装置：燃料电池。这种温和燃烧发生在质子膜上，并没有高温产生，直接转换为电力，是研究的热点。早在50年前就在宇宙飞船上使用，目前已经商业化。
机械名称燃料工作方式驱动方式动力转换功率
蒸汽机煤、重油燃烧加热水产生高温高压蒸汽蒸汽驱动活塞产生定向运动定向-gt;旋转大
汽轮机煤、重油、核反应加热水产生高温高压蒸汽高压蒸汽驱动涡轮叶片直接产生旋转运动无非常大
内燃机轻油、可燃气燃烧直接产生高温高压气体高压气体驱动活塞产生定向运动定向-gt;旋转中
燃气轮机轻油燃烧直接产生高温高压气体高压气体驱动涡轮叶片直接产生旋转运动无大
火箭发动机高能燃料燃烧直接产生高温高压气体高压气体直接喷出发动机外产生定向运动无非常大
燃料电池氢气或其他可燃气体在质子膜上进行燃烧无直接产生电力中
功转热，100%，热转功，必小于100%。比较功转热和热转功，可以发现，虽然能量守恒，发生能量转换时，能量中无序的热越来越多，有序的功越来越少。而能量转换随时在发生。我们定义自然（宇宙）的无序程度（混乱程度）为熵。那么就得出一个结论，自然越来越混乱。即自然的熵单调增加。熵与能量中的热量部分相关，但是温度增加也意味着热量增加，因此要扣除温度增加因素。所以熵=过程的热量/绝对温度
熵单调增加，就意味着世界上很多事情是无法逆转的。比如人的死亡，热水和冷水混合成温水。宇宙会不会最终达到全体热平衡？这个无法估计，因为我们无法生存到那时候来验证。
观察：
1.在热机应用中，根据情况不同，出现各种变形。斯特林发动机，可称之为外燃机。汽缸中气体不和外界交换，由外部的冷热交替来驱动汽缸活塞，通过曲柄来产生旋转运动。斯特林发动机效率非常高，可达80%。另外反过来供应机械能，斯特林发动机可以提供热量，变成热泵。使用风能做动力，就成空调了。并且不存在现代空调的缺陷，不使用任何有机致冷剂，对环境无污染。奎西发动机和旺凯尔发动机类似，但优势更大。燃料燃烧充分，污染小。发动机完全平衡，无振动。轻油、气体均可使用。构造简约。
2.内燃机工作时，活塞输出动力仅在汽缸内部膨胀时进行。这样动力输出不连续。为了持续输出，一般都使用多个汽缸共同工作，不同汽缸之间输出动力有时延，保证随时都有汽缸在输出动力。多个汽缸的时延累计恰好等于活塞工作一个循环的时间。汽缸越多，输出越平稳，功率也越大。早期飞机使用星形汽缸布置，汽车多采用列布置，也有采用v型布置，水平对置型。这些对输出动力没有区别，仅仅是汽车外形构造的需求。
3.汽轮机的输出功率大，效率高。而燃气轮机原则上效率更高。制约燃气轮机的因素是材料。汽轮机的蒸汽温度再高，也远不及燃气轮机的高温气体，不会对涡轮叶片造成影响。但燃气轮机的高温气体很容易达到叶片材料的熔点附近。当叶片变软变形，就无法工作。无论材料如何改变，因燃气温度过高，对叶片的影响总是大于蒸汽的。当高压气体作用于叶片时，形变肯定大于汽轮机的。
4.房间过一段时间总是要收拾，不然就显得很凌乱。花一小时堆一个沙丘城堡，一脚下去就消失了，用时一秒。生活中我们总是和熵做斗争：恢复整洁的房间、使用各种化妆品来证明身体的熵没有增加（可惜不能免除死亡。西方曾有种万能药，据说能治百病。似乎是使用埃及木乃伊身上的组织制作而成。不知道那些被制作了万能药的主人是否还存在意识，自己的永生愿望居然是这样实现的！）。
5.德国人克劳修斯曾预言宇宙的热寂。虽然能量总和不变，但没有温差。没有温差就无法做功。没有变化的世界就意味着死寂。对宇宙的分析理论有多种，每种都有支持证据和反驳证据。总之宇宙的未来还尚未可知。宇宙进入死寂的前提是宇宙可以存在到那个时候。假若宇宙永生的话，理智上可以相信热寂。
永动机是人类美好的愿望之一。居然可以持续输出动力，而没有什么代价，天堂也不过如此。但残酷的现实表明，我们居住的这个宇宙，不支持永动机存在。
永动机有两种类型，一种是无中生有，另一种是扭转乾坤。无中生有的类型不符合能量守恒原则。在没有任何能量输入的情况下，可以输出能量，属于天上掉馅饼的情况。圣经里面叙述过，天上曾经掉过馅饼（mana）。但也只掉过一次，永动机是持续掉。太过于完美，以至于不存在。这类型逐渐不被人接受。扭转乾坤类型比较有迷惑性，海洋、大气中的热能转化为功，是这类型的特点。起码能量是守恒的，所以霎那间还觉得可行。但热转功是必须有温差，而那些永动机在利用海洋热源时，不存在对应的温差源。这些永动机是将自然不可逆过程当作可逆过程，并按照逆过程来实施。
思考：
1.很多人，对科学的理解与巫术类似，或者把科学当巫术。认为都是万能的、永远正确的。对待问题总是希望有一劳永逸的解决方案，把愿望当作现实。符合自己愿望的就是真实，不符合的就拒绝接受。总是徘徊在完全接受和完全拒绝之间，而不能思考。虚假广告总是挂着科学的头衔，骗子总是担着教授的名义。水变油，不知道在水里面添加了什么，水可以燃烧起来。即便不懂化学，也能明白，烧光了添加的东西，水还是水。这属于无中生有的永动机。
2.空气能热水器，号称从空气中吸热。其原理是：通电后，制造温差。制造温差可以使用压缩机，就和空调、冰箱相同方法。也可以使用半导体。总之是一面热，一面冷。让冷的一面暴露在寒冬空气中，并且其温度比空气温度低。这样冷的一面会从空气中吸热。就像你把空调散热部件放在室内，出风口对着室外一样。问题是：这种方法获取的热量和消耗同样电量的电炉子发的热量，那个多？同样方法，可以自制土空调，大幅度压缩空气，其温度急剧上升。使用水来降低压缩空气温度（顺便提供热水），在室内，将压缩空气恢复正常气压，其温度低于正常温度，温度下降程度与压缩比率相关。这是绿色环保空调，使用空气和水，不含氟利昂，强力推荐。
3.自发电的电动自行车。如果按字面理解，这就是无中生有永动机。如果真有发电装置的话，在减速时让自行车的动能转为电能，给蓄电池充电。不浪费路途中的动能和势能。不过就不知道是不是营销策略和噱头。反正你不给电池充电的话，或许可以出门，但肯定回不来。当然你要是脚蹬回来的话，就别提电动两字。
4.英国人麦克斯韦，曾提到一个思维实验。在一个密闭空间，空气温度均匀，中间用一个隔板分开，隔板中有小门可以让分子通过。现在有个精灵在门口检查分子速度，速度高的进一个空间，速度低的进另外一个空间。这样在热均匀分布中制造了温差，就可以用来做功。这样做是否实现了逆天而行呢？【获取分子运动速度和判断快慢，是要消耗能量的！即信息也是需要能量的。对分子进行驱赶，也是需要能量的。】
5.尼古拉?特斯拉是天才，他的思维和实验，都是超越时代的。但无论怎样，不存在违反能量守恒和熵增过程。那些自称天才却对能量与熵一知半解的，绝不是第二个特斯拉。
梅乐芝经理的科普文章（九）
第9节二维-三维
地球上存在的物体，总是有表面积和体积，即便是一张纸。现在我们测量某物体的表面积和体积。对于长宽高都为1米的立方体对象，比如说铁。其表面积为6平方米。体积为1立方米。当长宽高都为2米时，表面积为24平方米，体积为8立方米。我们可看到当对象变化尺寸（1：2）时，面积变化快（6：24）=（1：4）体积变化更快（1：8）。现在换一个铁棒，长度是2米，直径是0.5米，表面积是9π/8平方米，体积是π/8立方米。当尺寸增加一倍时，长度为4米，直径为1米。表面积9π/2平方米，体积是π立方米。尺寸变化（1：2），表面积（1：4）=（1：2*2），体积（1：8）=（1：2*2*2）。也就是说，尺寸增加时，表面积的增加等于尺寸两重增加，体积的增加等于尺寸三重增加。
现在我们定义：长度（尺寸）是一维，面积是二维，体积是三维。注意看，刚才的尺寸增加时，物体是按比例都增加。如果不按比例增加（比如长增加1米，宽和高不变），那么面积和体积的增加就不满足二重和三重关系。 ↑返回顶部↑