单位文秘网 2021-07-23 08:17:34 点击: 次
摘要:利用在同一体系中不同的学术间相互制约的作用很小而又产生了不少的做功的过程即是本文的核心主旨。
关键词:异种学术
在启普发生器中有这么一个化学反应H2SO4+Zn==ZnSO4+H2↑,大家是否想过虽然生成物的能量比反应物的能量低。但这个能量差绝大部分已经通过热能的形式释放出来了。而反应过后稀硫酸的势能和氢气的静压能都增大了。那这部分能量是什么能量转换而来的呢?
为了解开这个谜团。请大家看下面的例子:在一个水池里装入一定体积的汞。然后给汞一部分动能,使汞在水池里左右晃动。假设这部分汞只存在动能和势能的转换,则可由能量守恒定律知这部分汞会永远不停地摆动下去。我们再给水池安装成下图所示的样子。当汞大部分摆动到左边时,右边的汞液面下降于是因a,b两个碳棒断开,整个回路中无电流;相反当汞大部分摆动到右边时,右边的液面上升。使a,b两个碳棒都浸没在汞液里面,则整个回路形成通路,有电流经过。只要池中的汞液在摆动则回路中的电流就会有规律地时有时无。于是负载的回路中便感应出一条新的电流。在这整个系统中汞液的摆动属于动力学,而新的感应电流的产生又属于电学。它们属于在同一体系中两种不同的学术,很明显相互制约的作用很小。启普发生器的能量变化也是如此。锌与稀硫酸发生置换反应于是有化学能转化为热能。这里面的能量变换属于化学变化。氢气的产生让液体排挤到上面的容器里。于是稀硫酸的势能增加了。这里面的能量变换属于物理变化。于是在这同一个系统中产生了两种学术间的做功。利用这种在同一个体系中不同的学术间实现做功而相互影响很小的从而提高机械工作效率的工作方式即是本文强调的主题————异种学术做功论。(图1)
为了更清楚地阐述这个问题。下面请将视线转移到初三实验电解水中来。如果把初三实验电解水的装置做得足够大。那么随着生成的气体的不断排水,由于收集气体的容器太大。排水的气体的压力也会越来越大。假如电解水的电源电压恒定不变。这样随着气体的压力的不断增大。电解水反应会越来越困难并且它的反应速率会以一个很慢很慢的速度降下来(“很慢很慢”体现异种学术间做功时相互制约的作用很小。“降下来”说明异种学术间做功时存在一个制约作用以不违背能量守恒定律)。最后在气体压力达到某一值时,尽管电源的两个极棒与水接触它们却不再反应。否则就会违背能量守恒定律。
为什么会这样呢?其实它的道理也很简单。下面举实例分析。
如图2所示:当闸门关闭时气球内的氢气和氧气进入到氢氧燃料电池中。我们首先设定燃料电池的输出电压大于1.7伏。将电池的电能输入到SPE电解槽中,电解槽开始电解水,由于整个电解槽密闭,产生的氢气和氧气向下排水(注意:氢气和氧气不能从倒立的容器底部溢出以避免氢气和氧气混合到一起引起爆炸,做法即是将导电石墨棒的底端放置得高出倒立的容器口)。整个电解槽内部压力增大推动活塞向右运动。与活塞相连的连杆开始向外做功。
当活塞移到最右端时,我们打开闸门,活塞由于与之安装好的弹簧向左推动。将氢气和氧气挤入到汽球内。同时活塞向左移动,连轩也能向外做功,只是方向不同而已。当活塞移动到最左端时,我们再关闭闸门。新的一轮工作循环开始。
假设电解槽电解水和燃料电池产生电能的工作效率均为100%,那么要电解Nmol的水燃料电池就必须在阴极供出2Nmol电子,阳极吸取2Nmol电子。由电荷守恒可知共消耗Nmol的氢气和N/2mol的氧气。而Nmol的水被电解后恰好又生成Nmol的氢气和N/2mol的氧气。照这样计算电解槽和燃料电池这个系统的能量守恒。而该装置每一次循环工作过程中都有带连杆的活塞对外做功。那么能量守恒定律似乎就被打破了。会不会出现这种现象呢?请读者思考。
它的一个理论上的应用在于给图中的燃料电池附加一个外来电源使整个装置连续不停工作。则由能量守恒定律我们可知这个附加电源输出的能量将会转化为活塞的机械能。这样的一种工作方式可不一定比其它工作方式的工作效率要低哦。
电解槽电解水和燃料电池产生电能的过程均为化学变化。它们中有一个“副反应”即是气体生成造成装置内部压力变化使活塞发生了移动。这个变化属于物理变化。由于化学反应2H2O=通电=2H2↑+O2↑不是可逆反应,压力的增大对其阻碍甚微即两种学术间相互制约的作用很小。而带连杆的活塞对外又做了不少功。这样利用在同一体系中不同的学术间相互制约的作用很小而又产生了不少的做功的过程即是本文的核心主旨。相信利用这种异种学术做功理论所设计出的机械在某些场合下能大大提高机械的工作效率。
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