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| 2009/06/25 05:42:47瀏覽1981｜回應4｜推薦2 | |
| 環保減碳也罷, 非核家園也好. 說穿了只是進階美化豪華版的 [永動機]. 那麼什麼是永動機 (Perpetual motion)? 用通俗事物來比喻就是一個能源的 [聚寶盆], 只要放進去一點點電或是油當 [種子], 隔天就能無中生有的變出一大堆額外的電能或是燃油. 講得白話一點就是 [雖然天下沒有白吃的午餐, 但是我們深信天下一定有不花錢又無污染的免費能源.] 這些理想的環保主張當然聽起來十分動聽, 但是學過熱力學第二定律就知道: [ 能量轉換效率永遠低於 100% ! 即使核融合成真, 我們仍然必需面對廢熱問題 ! ] ==> "不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用功而不產生其他影響。" 簡而言之, 熱力學第二定律白話註解 : [天下既沒有白吃的午餐, 也沒有無污染的能源. ] 事實上這些無法利用或是回收的廢熱扮演著一個非常重要的角色, 那就是產生無法回頭的單行道 -- 不可逆過程. 那什麼又是不可逆過程呢 ? 人死不可復生是個熟知的哀傷例子 . 汽油加進發動機, 在燃燒室點燃爆發後變成一氧化碳, 二氧化碳, 氮氧化物, 焦油(tar), 碳渣, 這些玩意混合著以千軍萬馬之勢衝出引擎排氣口之後就是我們最熟悉的 -- 熱滾滾髒兮兮的汽機車廢氣. 這爆發燃燒熱讓廢氣瞬間劇烈膨脹之後推動活塞, 活塞推連桿曲軸最後轉動發電機產生交流電. 假設汽油發電機是個可逆過程, 那麼把汽油燒乾的汽油發電機接上家裡 110V AC 的插座, 這樣就能用電力驅動發電機, 發電機轉動汽油引擎之後, 汽油引擎的活塞下降就能把台北市裡熱滾滾髒兮兮的汽機車廢氣吸進來 , 然後關閉汽門用力壓縮就能把又髒又熱的廢氣壓縮變成乾淨清涼的新鮮空氣與幾滴汽油 . [傑克, 這真的是太神奇了, 我們為什麼沒有早點想到呢 ?] 假設上帝在宇宙某個遙遠偏僻的角落使了個基本的神通, 做個小小的實驗 : [讓這一切熱擴散過程變得可逆] ! 那麼用電力變出汽油應該是可行的 . 而且一杯熱水放在冰箱裡, 水還會變得更熱, 冰箱還會變得更冷 (但是熱水與冰箱的總熱量還是保持不變.) ...... 那麼這樣一來, 生活在這宇宙一角的人們不就可以無憂無慮, 幸福快樂的過一輩子了嗎 !? 是啊 ! 只是住在這夢幻天堂裡的人們, 夏天裡洗冷水澡沖涼的時候, 潑在身上的冷水居然還能自發性的放熱(變成了冰水流掉) 身上的溫度卻越來越高 . 冬天裡洗熱水澡取暖的時候, 潑在身上的熱水還能繼續吸熱(變成了滾開水流掉) 身上的溫度卻越來越低 . 這究竟是天堂還是地獄, 恐怕要親自體驗才能明白了 ! ****************************************************** http://zh.wikipedia.org/wiki/永动机 永動機是一類想象中的不需外界輸入能源、能量或在僅有一個熱源的條件下便能夠不斷運動並且對外做功的機械。歷史上人們曾經熱衷於研製各種類型的永動機，其中包括達文西、焦耳這樣的學術大家，另外包括一些希望以永動機出名和獲利的騙子。在熱力學體系建立後，人們通過嚴謹的邏輯證明了永動機是違反熱力學基本原理的設想，從此之後就少有永動機的研究者了。不過從一個側面也可以認為，人類對永動機的熱情以及製造永動機的種種實踐，推動了熱力學體系的建立和機械製造技術的進步。 1775年法國巴黎科學院通過決議，宣布永不接受永動機，現在美國專利與商標局嚴禁將專利證書授予永動機類申請，而永動機這個名詞現在更多地作為一種修辭被用來描述那些充滿活力，不知疲倦的人。 http://en.wikipedia.org/wiki/Perpetual_motion ****************************************************** ****************************************************** http://chinese.engadget.com/2009/03/13/on-perpetual-motion-machines/ 第一類永動機 - 可以無中生有產生出能量。這種永動機違背了熱力學第一定律，但可以無視第二定律，因為有個未知的能量源不停地產生能量差。 第二類永動機 - 可以將系統內漸趨平衡的能量差，重新拉開。如果拉開前和拉開後的總能量是一致的，那就沒有違背熱力學第一定律，但相對的，這樣的永動機違背了第二定律。 第三類永動機 - 沒有任何摩擦力的機器。「沒有任何摩擦力」本身是不可能的，所以這也被歸類在不可能的機器的行列，但我們可以做得非常接近這個理想。這種機器沒有違背任何熱力學定律 -- 沒有能量憑空出現，而且能量一但拿來做功了，就會從系統中消失。 ****************************************************** P.S. 現實生活中的幾個第三類永動機 -- 1) 氣體分子熱運動. 2) 同步衛星. 3)真空中磁懸浮的超導體可以幾乎無磨擦轉動. 4) 液態氦溫度下, 電流幾乎可以在超導體線圈中永遠流動. ****************************************************** ****************************************************** 不可逆性 http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E4%B8%8D%E5%8F%AF%E9%80%86%E6%80%A7&variant=zh-tw 在熱力學領域中，不可逆過程是相對可逆過程而言的，指的是在時間反演變換下只能單向進行的熱力學過程，這種熱力學過程所具有的性質被稱作不可逆性。從熱力 學角度而言，自然界中所有複雜的熱力學過程都具有巨觀上的不可逆性。巨觀上不可逆性現象產生的原因在於，當一個熱力學系統複雜到足夠的程度，組成其系統的 分子之間的交互作用使系統在不同的熱力學態之間演化；而由於大量分子運動的高度隨機性，分子和原子的組成結構和排列的變化方式是非常難於預測的。熱力學狀 態的演化過程需要分子之間彼此做功，在做功的過程中也伴隨有能量轉換以及由分子間摩擦和碰撞引起的一定熱量的流失和耗散，這些能量損失是不可復原的。 克勞修斯熵與不可逆性 十九世紀五十年代德國物理學家魯道夫·克勞修斯通過引入他的熵概念，首次在數學上量化解釋了熱力學過程的不可逆性。克勞修斯從熱機的效率出發，認識到正轉變（功轉變成熱量）可以自發進行，而負轉變（熱量轉變成功）作為正轉變的逆過程卻不能自發進行。負轉變的發生需要同時有一個正轉變伴隨發生，並且正轉變的能量要大於負轉變，這實際是意味著自然界中的正轉變是無法復原的。克勞修斯在他1854年的隨筆《關於熱的力學理論的第二基礎定理的一個修正形式》中有相關描述。 ****************************************************** e.g. 踩下煞車, 車子的動能可以轉換成煞車碟上的熱能而消散 . 如果用丙烷噴燈對煞車碟提供熱能, 這熱能卻無法轉變成讓車輛前進的動能. ****************************************************** 波茲曼對不可逆性的統計詮釋 巨觀上具有大量分子數的熱力學系統的行為是具有統計性的，它受到同樣具有統計意義的熱力學定律的制約。而從微觀上看，單個分子的行為受到牛頓力學的制約，而包括牛頓力學在內的所有基礎性物理定律都在時間反演下成立，也就是說單個分子的微觀行為，如單個分子的運動和碰撞是具有可逆性的。如此說來，如果一個低熵的熱力學系統隨時間演化而到達了高熵的平衡態，從單個分子的微觀角度來看這種演化是可逆的，即每個分子都有可能通過時間反演變換下的運動回到初始狀態。然而對於整個具有大量分子數的巨觀系統而言這是不可逆的，這是由於分子數量龐大，很難找到這樣一種特殊情形能夠使所有分子都滿足回到初始狀態的條件。而對於具有高熵的平衡態而言，可能的分子組態數量遠比初始的低熵的分子組態數量多得多，從而在統計意義下，幾乎不可能出現這樣使熱力學系統獲得負熵的可逆過程。這就是奧地利物理學家路德維希·波茲曼在十九世紀七十年代對不可逆性作出的統計詮釋,在他1877年10月的一篇名為《熱的力學理論第二定律和機率計算或與熱平衡有關的幾個定律》的論文中，他指出：「 大多數情況下，初始狀態也許是機率極小的伏態。系統由此向更大機率的狀態過渡，最後達到最概然狀態，即熱平衡狀態。若把這個觀點試用於熱力學第二定律，則通常稱為熵的這個量等同於這裏所討論的狀態發生的機率。 」 從這裏的「熵等同於狀態發生的機率」這一概念出發，波茲曼定義了所謂波茲曼熵的概念，即熵正比於熱力學機率（分子組態數）的自然對數： S = k ln W 其中k是波茲曼常數，W是熱力學機率，即熱力學系統所有可能出現的分子組態數。 ****************************************************** e.g. 朱買臣的 [覆水難收] 就是最古典的註解: 往地上潑出一盆清水很簡單. 由地上濕答答的泥水回收一盆清水就沒那麼簡單 . 另外就是撲克牌洗牌只會越洗越亂, 越洗越整齊很難發生. ****************************************************** ****************************************************** 參考 : http://203.68.20.65/science/content/1982/00030147/0005.htm 科學月刊 1982年 3月147期 通俗科學講座（二十九） -- 熱力學與能源利用, 作者：賴昭正 結語: 熱與功雖然同是能量，但是功可以完全變成熱，熱卻不可能在不影響第三者的情況下完全變成功，因此熱與功的「質」不同。要有效地利用能源，我們就該儘量避免經過「熱」的階段！ ****************************************************** |
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| ( 時事評論｜公共議題 ) |
