直到30岁以后，才总算明白了热力学第二定律

只看该作者 · 2010-9-2 03:21

几岁的时候就明白了，一杯水，喝掉一半，水变少了。
后来明白了，水喝掉并没有少，只是一部分跑到肚子里去了。
十多岁的时候，知道了，水从高处流向低处，水没有减少，符合“物质不灭定律”，但是势能减少了。
用6V电压给3V电池充电，虽然中间有限流电阻，而且电量没有减少，但是所存能量能量减少了，效率只有50%两个完全相同的电容，一个没电，一个充满电，将之并联起来之后，虽然总电荷没有减少，电量守恒了，但是存储能量减少了一半。
后来明白，充电时其他的能量发热了，电容并联时，能量要么发热了，要么无线电波发射出去了。能量还是守恒的。
等等许多的例子，从质量守恒到能量守恒，甚至到质能守恒，都很容易理解。
后来一直想到一些事情有古怪，比如
点火烧水的时候，燃料和氧气变成了水和二氧化碳，发出的热能完全被水吸收的话，
能量也没有减少，水温升高，变成水的内能了。
物质也守恒，能量也守恒。
但是用1700度的火焰，加热50度的水，总应该少点什么东西。
就好像用6V电池给3V电池充电，电能损失一半，效率只有50%。
可是用1700度的火焰，给50度的水加热，应该也像电池充电一样，损失点什么。
可是算来算去，热能还是热能，并没有损失，效率居然还是100%。这其中肯定要有更深一层的解释。

只看该作者 · 2010-9-2 03:28

上大学学热力学的时候，只是把它当成了一门课程，并没有仔细去理解，只是记了一堆堆的公式。
直到后来在读了很多技术帖子之后，才明白，上面的那个东东可以用热力学第二定律解释，
用火烧水的时候，确实是少了一些东西，那就是“负熵”。

只看该作者 · 2010-9-2 04:01

“熵”这个东西就是更高一层的概念，
熵是没有绝对值的，绝对零度的物体，标准熵等于0，
但是，有没有想过，可能会有比绝对温度更低的温度？即便在绝对零度下，电子还是围绕原子核运转的，
电子跌落到原子核表面又会如何？

用火烧水这种形式，延续了几千年，确实是可以改进一下的。
人类生存的过程，也就是获取能量的过程，不管是获取金钱，还是地位，还是物品。
有了能量就有了一切，就好像石油，就好像土地。
人们把温度高的热能叫做高品位热能，而把温度低的热能叫做低品位热能。
高品位的热能可以用来发电，而低品位的热能只能用来采暖。
在高品位热能转化为低品位的热能过程中，是可以压榨一点能量出来的，也就是“负熵”。
就好像，地球每天吸收太阳辐射，而同时每天也释放出大致相等的热量，地球到底获得了什么呢？
答案就是“负熵”。
如果这个过程不获取能量，就是极大的浪费，也是在浪费生命。
当然植物帮助我们做了这一点，通过光合作用，将“负熵”留下来。

只看该作者 · 2010-9-2 04:40

注：这里的温度应该用绝对温标。
而我们烧木柴做饭的时候，却白白浪费了高品位热能，只为了得到低品位的热能，罪过罪过。
那么，怎样才能更节能呢？
我们可以先用燃料发电。
根据卡诺循环，热机工作温度越高，排放温度越低，效率也就越高。（这里也许应该说“反能效比”）；

现在的蒸汽机，都是用“亚临界”甚至“超临界”机组，就是为了提高工质的温度，提高效率，
否则，效率就会下降，而效率损失的地方，不光是因为热机，而且也在用高温火加热低温的水的过程。
可是如果直接用发出来的电来烧水，反而会得不偿失，因为发电效率永远小于1，甚至现在才到50%左右而已。
那么还有办法吗？有，其中一个办法就是使用热泵，而热泵也符合卡诺循环。但是这里不用效率来说，而是用能效比，比说环境温度270K,目标温度370K,那么制冷能效比约为2.7，制热则为3.7。
这么一看，这回就有得赚了，使用1单位的燃料，大约能得到1.8倍的效果，如果发电效率再提高，那么能得到2倍多的效果。这时偶可以宣称偶的灶具热效率是200%.

另外又想到了太阳能发电，现在比较热门的有光伏和光热。光伏的效率20%左右，再提高估计也比较难。
而光热的效率，则取决于工质的温度。
太阳表面温度约6000K，那么工质被加热的最高温度也就是6000K，不管是用多少倍聚光，也不可能再比6000K高了，因为这时工质也会发光，达到温度平衡了。
如果假设工质排放温度为500K,那么理论效率可以达到92%.
如果工质的最高温度为3000K,排放温度依然为500K,那么理论最高效率为83%，损失了9个百分点的效率。