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(原子能不是来自于太阳,是来自于以前的恒星爆炸遗迹。
这些遗迹的残渣组成了地球,也就是说原子能来自于其他已经消失的太阳。
)
6.能量存在的形式多样,热能、机械能、化学能、原子能、电磁能都是能量的不同形式。
人工的某种能量转换过程,总是伴随着其他类型的能量转换。
发电方式包括了多种能量转换方式:热能转电能,有热电、机械能转电能,有风电、水电、原子能转电能,有核电,电磁能转电能,有太阳能发电,化学能转电能,有燃料电池发电。
无论哪种方式,能量转变为电能的效率达不到100%。
多数都以热能的形式散发到大气中。
自然的能量转换不存在这样的目的性。
所以就没有效率这样的标准。
热功当量表明,4.18焦耳的功可以转换为1卡的热量,但是并不意味着1卡热量可以转换为4.18焦耳功!
热只对应分子运动速度,但对整体运动方向无要求。
功却是要求运动整体有方向。
要求更高。
简单地说,功比热更有序,破坏比创造容易。
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->旋转大
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