自然现象的热力学原理

科学的故事 2024-11-25 15:42:55

是否注意到这样一些现象或问题:

一个含能几十焦的气球突然破裂,会让人大吃一惊,而人站在太阳下,受到每秒几十焦的热辐射,往往毫无波澜。为何会有这个大的差异?

热力学第二定律表明,相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,热效率相等,与工质无关,而实际情况下,为何在动力循环或制冷循环中,工质的选择却十分重要?

煤的热值约30MJ/kg,火药(烟花)的热值约5MJ/kg,但人们为何担心火药(烟花)燃烧过程能量的释放,却不太担心煤燃烧过程能量的释放?

上述热力学问题在已有的热力学理论中是否可以找到答案?如果不能,在工程热力学方程组里是否可以找到解释?

庞加莱在《科学与假设》(Science and Hypothesis)中,以人和虫对维数的认知为例,阐述了“科学的局限性”。他认为,科学理论并不是现实的反应,而是一种假设。同一组现象可以用不同的理论进行同样有效的解释。人们之所以选择这种理论而不选择别种理论,完全是一种协议或约定,不是考虑是否真实。选择的根据主要看是否方便和简单明了。他的这种观点又叫约定主义。

一旦目前的自然定律不能解释现象,就需要寻求新的定律。有人甚至认为,如果没有庞加莱的思想铺路,“相对论”等革命性概念不可能迅速地被学界接受。

通过工程热力学方程组中方程四可知,工质的㶲可分为体积功㶲和热量㶲。决定体积功㶲大小的为工质与环境的压差对体积的积分,决定工质热量㶲大小的为工质与环境的温差对熵的积分。

若工质经历两段预定过程达到与环境实现压力p与温度T的平衡——第一个过程为绝热膨胀过程:膨胀至与环境压力p0相同,此过程中,由于换热为零,工质的㶲变化完全由体积变化构成。第二个过程为等压换热过程:换热至与环境温度T0相同,此过程中,由于工质的压力与环境相同,体积变化不会导致工质的㶲变化,工质的㶲变化完全由换热构成。最后,工质的㶲则可表示为绝热膨胀的体积功㶲与等压换热的热量㶲之和。

若用温熵图上的面积来表示两个过程中工质㶲变化的比例,则如下图所示。其中,0-1过程为等温压缩过程,1-2过程为等容吸热过程,2-3过程为绝热膨胀过程,3-0过程为等压放热过程。

绝热膨胀过程中,由于工质与外界不发生换热,其热量㶲则由等温压缩(0-1)过程工质体积功㶲与等容吸热(1-2)过程工质热量㶲变化之和表示,其比例由图中蓝色面积表示。在等压放热过程中,工质的㶲变化为等压放热(3-0)过程中工质热量㶲变化,其比例由图中青色面积表示。

工质释放的能量中,其体积功㶲(如绝热膨胀过程的体积功㶲)可直接转化为物质的动能,所以更具威力,而热量㶲(如太阳的辐射、煤燃烧释放的能量)虽然同样具有能量的属性,相对而言,往往较温柔,不具备直接的破坏性或较强的威力。

总体而言,不同工质,由于其换热系数、绝热系数、潜热、临界压力等的差异,会不同程度地影响工质与外界直接交换能量的方式以及交换能量的比例,进而影响能量的转化效率。

煤在燃烧过程中,由于能量释放较缓慢,在环境中等压燃烧,释放能量时,无论温度有多高,由于释放的是热量㶲,较温柔。但是,火药在燃烧时,其燃烧释放能量十分迅速,尤其是当火药外面有包裹物时,能量释放的初始阶段,体积膨胀受到限制,压力迅速积聚,并最终释放,进而导致能量释放时体积功㶲的比例大幅升高,破坏性极强。

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评论列表
  • 2024-11-25 16:44

    ❌波与场❌都是数学当物理,捉影弄鬼的把戏::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/声波/沙丘波,都是物质运动罢了。🍎波粒二象性?以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是骗术笑话是什么?更荒唐在于二象性祸害了认知自然的核心根基//同与不同的确定性。 🍎场是数学虚幻::由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?……地球场给你引力,你给地球场引力?也是笑话!!场的速度是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗??~~~场与波都是捕风捉影的把戏,意义极小,破坏巨大。………伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,感应接受也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应,用了电磁波来解释而已。电磁波理论(1865尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的数学方法,牛顿的物质相互作用相对运动才是宏观微观现象的唯一根本!!带电是物质本质属性,不需要也不可能由变化磁场产生,磁力对电磁粒子做功影响了正负电荷分布而已。❌水波声波永远不可能象光子一样真空直线传播。两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误,骗子借机祸害经典力学体系何其疯狂?

  • 2024-11-25 16:44

    ⭕️粒子对撞机能创造新物质吗?不!!只能产生一些破碎(质量亏损)。核能化石能太阳能都是释放光子,清洁能源的根本在于光 photon energy and photon behavior discussions,宏观引力微观电磁力包括光子都服从牛顿力学。正负光子(中微子)是电子质子撞击的破碎,质子电子的强大电斥力(大于10^36倍引力)发射它们的碎块到达零电势区域的速度就是真空光速。原子内部遍布真空,极微小光子惯性飞行,在强大引力场中有轨道运动与逃逸折射或撞击,在斥力场散射反射等。原子惯性飞行穿透材料的条件太差,获得动能当然也很不容易。……中子大冲量撞击原子核是产生光子动能(核能)的关键方法,电子撞核,质子撞轨道电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可以获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。———热量温度是光粒子辐射(热质说),高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子,温度传递只能由高温体到低温体(熵只是数学描述,动能传递耗散是生机活力,不是绝望)。高温体辐射更多动能光子,当然微观运动更剧烈(热动说)。无光子辐射是绝对零度,宇宙背景辐射超过且接近绝对零度,获得绝对零度当然极难。

  • 2024-11-25 16:44

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本没有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应不是真理,是毒药祸害,掩埋了科学真相阻碍了求知探索!!!………证明光速不变(全称命题)是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。多普勒效应和红移就是相对光速变化。光子进入引力场比如黑洞光速不变??光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗???㊙️迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::证伪了麦克斯韦的电磁以太/电磁波学说,有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-11-25 16:44

    ❌质能方程是一个鬼把戏!!!———能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的内在本质,能量(动能和势能)都是物质相互作用和相对运动变化的度量(质量不变),是变化现象。能量不是物质的本质,咋能与孤立质量等效???场无质量居然有能量?………数学都是基于物理公理的演绎,超越物理公理的数学能量理解当然是虚幻(1+1=2是自然哲学/物理公理,牛顿定义自然哲学公理作为数学原理)。………🍎🍎物质的本质是带电质量体,物质不灭,电荷守恒,电磁力与万有引力统一于物质的不变本质。能量,力,场,波等宇宙一切自然现象,都是物质/粒子相互作用相对运动的变化现象,没必要搞虚幻,搞虚幻是祸害。号称物质是波/波是物质/物质是能量,都是搞骗。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖&蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???