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距武汉2000多公里黑龙江疫情为何这么严重？

杨学祥 2020-2-24 19:08

距武汉2000多公里黑龙江疫情为何这么严重？黑龙江疫情为何这么严重？ 19日夜，哈尔滨市应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作指挥部发布第17号公告，四个主城区实行一体化管理，实施严格的交通管制，封闭与其他区县（市）的所有出入口，所有车辆、人员不得随意出入。　　这是新冠肺炎疫情发生以来，黑龙江省和哈尔滨市出台的系列管制措施中最严格的一次。为什么在全国疫情趋势趋于平缓的情况下不断升级管控措施？　　22日之前，国家卫健委每日发布的全国病例数据显示，黑龙江省一直处在前列。　　在黑龙江省省会哈尔滨市，被一体化管理四个区的确诊数就占了该省的四分之一。　　距离武汉足有千里之遥，“北国冰城”哈尔滨的疫情缘何不乐观？中国紫外线最强的城市有哪些？紫外线最弱的城市有哪些？武汉是中国紫外线较弱的地方，整个湖北都是，还包括广东、湖南、江西、安徽、河南、浙江、江苏。中国紫外线最强的是拉萨、青藏高原、云贵高原，贵州。所以西藏、青海、新疆、内蒙都是疫情最轻的地区；中国紫外线最弱的是四川盆地、哈尔滨，都是疫情较重的地区。弱紫外线有利于病毒的繁殖和传播。 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1217821.html http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1217913.html 全国紫外线强度分布图见网址： https://zhidao.baidu.com/question/553030315 中国太阳能资源分布情况　　智研咨询发布的《2017-2022年中国光伏发电市场行情动态及发展前景预测报告》显示，我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，年辐射量在5000MJ／m 2 以上。据统计资料分析，中国陆地面积每年接收的太阳辐射总量为3.3×10 3 ～8.4×10 3 MJ/m2，相当于2.4×10 4 亿吨标准煤的储量。　　根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准，我国太阳能资源地区分为以下四类：　　一类地区（资源丰富带）：全年辐射量在6700~8370MJ/m 2 。相当于230kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部等地。　　二类地区（资源较富带）：全年辐射量在5400～6700MJ/m 2 ，相当于180～230kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏中北部和安徽北部等地。　　三类地区（资源一般带）：全年辐射量在4200～5400MJ/m 2 。相当于140～180kg标准煤燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。　　四类地区：全年辐射量在4200MJ/m 2 以下。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。　　一、二类地区，年日照时数不小于2200小时，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2／3以上，具有利用太阳能的良好资源条件。全国水平面太阳总辐射图见网址： http://www.chinapower.com.cn/informationzxbg/20161207/70063.html 太阳能资源与气温和紫外线强度有关，因而也与疫情发展有关。 2020年2月9日地区确诊治愈死亡湖北 29631 1795 871 武汉 16902 1044 681 广东 1151 148 1 浙江 1092 213 0 河南 1073 179 6 湖南 879 201 1 安徽 830 86 3 江西 771 102 1 江苏 492 80 0 重庆 468 51 2 山东 459 63 1 四川 405 77 1 北京 337 44 2 黑龙江 331 20 7 上海 299 48 1 福建 261 36 0 河北 218 35 2 陕西 213 26 0 广西 210 18 1 云南 141 19 0 海南 136 19 3 山西 119 26 0 贵州 109 7 1 辽宁 107 12 0 天津 94 4 1 甘肃 83 16 2 吉林 80 12 1 内蒙古 58 5 0 宁夏 49 13 0 新疆 49 0 0 香港 36 0 1 台湾 18 1 0 青海 18 3 0 澳门 10 1 0 西藏 1 0 0 http://sa.sogou.com/new-weball/page/sgs/epidemic?type_page=pcpop 截至2月14日08时15分地区确诊治愈死亡湖北 51986 4131 1426 武汉 35991 2285 1124 广东 1241 314 2 河南 1169 296 10 浙江 1145 360 0 湖南 968 339 2 安徽 910 157 5 江西 872 170 1 江苏 570 139 0 重庆 529 128 4 山东 519 111 2 四川 451 104 1 黑龙江 418 37 11 北京 366 69 3 上海 318 62 1 河北 283 69 3 福建 279 57 0 陕西 229 46 0 广西 226 35 2 海南 158 30 4 云南 156 27 0 贵州 135 27 1 山西 126 36 0 天津 119 21 3 辽宁 117 24 1 甘肃 90 39 2 吉林 86 25 1 宁夏 64 24 0 新疆 63 6 1 内蒙古 61 6 0 香港 53 1 1 台湾 18 2 0 青海 18 11 0 澳门 10 3 0 西藏 1 1 0 http://sa.sogou.com/new-weball/page/sgs/epidemic 截至2月24日18时12分地区确诊治愈死亡湖北 64287 16743 2495 武汉 46607 8950 1987 广东 1345 787 6 河南 1271 948 19 浙江 1205 782 1 湖南 1016 731 4 安徽 989 663 6 江西 934 645 1 山东 755 343 5 江苏 631 453 0 重庆 575 335 6 四川 527 269 3 黑龙江 480 224 12 北京 399 198 4 上海 335 261 3 河北 311 230 6 福建 293 183 1 广西 251 112 2 陕西 245 166 1 云南 174 128 2 海南 168 106 5 贵州 146 102 2 天津 135 81 3 山西 132 89 0 辽宁 121 75 1 吉林 93 60 1 甘肃 91 78 2 香港 79 12 2 新疆 76 28 2 内蒙古 75 33 0 宁夏 71 58 0 台湾 30 5 1 青海 18 18 0 澳门 10 6 0 西藏 1 1 0 相关报道距武汉2000多公里，黑龙江疫情为何这么严重？ 2020年02月22日 20:52 中国新闻网　　记者：史轶夫　　黑龙江省卫生健康委员会22日发布消息，21日0-24时，黑龙江省无新增确诊病例、无新增疑似病例。　　这对一直被质疑“离武汉那么远为什么疫情这么重？”的黑龙江来说，可以说是一个好消息。　　19日夜，哈尔滨市应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作指挥部发布第17号公告，四个主城区实行一体化管理，实施严格的交通管制，封闭与其他区县（市）的所有出入口，所有车辆、人员不得随意出入。　　这是新冠肺炎疫情发生以来，黑龙江省和哈尔滨市出台的系列管制措施中最严格的一次。为什么在全国疫情趋势趋于平缓的情况下不断升级管控措施？　　22日之前，国家卫健委每日发布的全国病例数据显示，黑龙江省一直处在前列。　　在黑龙江省省会哈尔滨市，被一体化管理四个区的确诊数就占了该省的四分之一。　　距离武汉足有千里之遥，“北国冰城”哈尔滨的疫情缘何不乐观？　　从客观角度看，有许多特殊因素导致哈尔滨市确诊病例增多：疫情发生前，正值冰雪旅游季人员流动量大。　　哈尔滨作为冰雪旅游名城，是众多游客的首选之地，特别是疫区游客量很大，这就给疫病输入提供了客观条件。　　数据显示，今年冰雪季从去年12月1日到今年1月31日，虽然受疫情影响，哈市仍接待湖北籍游客约达7万人次，其中登记住宿43899人次，武汉籍有10450人次。　　此外，赴湖北打工的黑龙江人也不在少数，现有确诊病例中，就包括武汉务工返哈的6人和在湖北常住春节返哈的9人。加之还有上万人的疫区返乡人员和大量的过境人员，这在一定程度上也加重了哈市疫情输入。　　客观有原因，主观原因也不容忽视。在东北，过年习俗也对疫情防控产生不利影响。春节前后走亲访友、串门聚会的节日生活习俗，拜年、团聚，加重了人员流动，扩大了疫情传播风险。　　目前，哈市仅聚集性疫情就涉及111个病例，占确诊病例的79.3%。其中，一典型案例：一女子分别在家和亲戚家聚会聚餐，其丈夫、儿子、外孙女等16人先后染病，教训十分深刻。　　与南方逐渐变暖的气候形成鲜明对比，由于气候寒冷，冬季房屋开窗通风不好，家庭聚会使得家庭成员之间容易造成内部传染。哈尔滨市政府发布的相关数据显示，在140例确诊病例中，呈家庭聚集的104例，其中夫妻一起染病的23家46例，另外通过聚会等密切接触传染给其他人39例。　　黑龙江省新冠重症肺炎专家组组长、哈尔滨医科大学附属第一医院院长于凯江教授对黑龙江省新冠肺炎的重症病例和死亡病例情况，进行了深入调研和细致梳理。　　针对该省新冠肺炎死亡患者例数较多的主要原因，于凯江教授分析称：其一，黑龙江省新冠肺炎死亡患者年龄偏大，平均年龄72.56岁；其二，黑龙江省9例死亡病例中，8例患者有复杂基础性疾病，包括多年高血压和糖尿病、肿瘤化疗及两例高位截瘫患者。　　还有两个不容忽视的原因：黑龙江省每年有5-6个月的寒冷天气，因此老百姓肺部疾病患病率较高。而这次新型冠状病毒攻击和侵袭的主要靶器官是肺脏，在原有肺脏疾病基础上合并新冠病毒感染将对患者造成更严重打击。　　于凯江教授表示：“2003年，SARS对广州、北京等地区影响巨大，对黑龙江影响较小，本省无死亡病例。17年后的今天，我们对传染病缺少必要的防范意识。” 　　“无新增确诊病例、无新增疑似病例”，严格的隔离措施，最大限度发现潜在传染源，阻断病毒传播途径，在黑龙江省已初步收获成效。　　在黑龙江省政府新闻办日前举行的发布会上，哈尔滨市卫健委副主任柯云楠披露，哈尔滨市疫情由前期以外来输入，进入内源性传播模式，近期复工、返哈人员流入会给疫情防控带来更大难度。可见，黑龙江省的防疫工作依然不能有丝毫放松。责任编辑：赵明 https://news.sina.com.cn/c/2020-02-22/doc-iimxyqvz5038520.shtml

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气候变暖是盲人摸象式的科学结论

热度 3 jiangjiping 2019-2-1 08:53

气候变暖是盲人摸象式的科学结论蒋继平 2019年2月1日最近美国某些地区正在遭遇几十年来最寒冷的严冬，据说芝加哥地区已经连续几天处在及其寒冷的情景下。在这种特殊的时候，使人想到一些科学家一直在宣扬的地球变暖的科学数据。我一直以来对地球变暖的论调持怀疑态度。不过，我对一些科学家提供的地球变暖的数据还是认为是可信的。但是，我认为这些数据就像是盲人摸象后得到的结论。盲人摸象后描述的情景是他们采集到的真实信息，不是编造的，也不是不存在的，是实事求是的感触。所以，盲人摸象后说的东西是符合事实的，是不能否定的。可是，盲人摸象得到的信息只适合大象的局部，不是整个身体的情况。一些科学家或者科研机构提供的地球变暖的数据也是真实的，不过，跟盲人摸象一样，这些数据只适合地球的某些地区或者某个季节。我认为科学家监测大气温度主要在大城市附近，或者采集数据的监测站大部分在城镇附近。大家一定知道这样一个事实，就是现代社会大量使用热能，尤其是夏天用的空调和冬天用的取暖设备。这些装置大大地增加了大城市的热量排放。这些热量来自于人为因素，而不是自然因素。在冬天时使用取暖设备，也在一定程度上人为地增加了地面的热能散发量。从而使被检测到的温度高于自然界的实际温度我以前曾经根据科学原理和以上的社会现象，得出地球在可见的未来会出现夏天更热，冬天更冷的预测。今年的气候变化已经充分证明我的预测是对的。我的预测是根据以下的逻辑分析推理而得到的。第一，太阳的热能释放只会越来越弱。第二，地球的地壳温度只会越来越低。第三，夏天世界各地大量使用空调，排放大量的热能到地表的大气层中，使地表大气层的温度人为地升高。所以，夏天监测到的温度会越来越高。再者，在冬季，由于第一和第二条的原因，温度会越来越低。我进而想到，在两极地区的冰层融化减少，可能不是因为温度升高引起的，而是人类的活动导致的。因为即使地球的温度有所升高，在两极地区的气温仍然终年低于零度。在零度以下，冰层是不会自然融化的。

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图说——利用渗透压构造第二类永动机的理论和实验

热度 6 lwg 2017-11-29 15:00

图说——利用渗透压构造第二类永动机的理论和实验一．如图１所示汽缸活塞系统：当热源Ａ、热源Ｂ温度不同时，物体Ｃ才可以在汽缸活塞系统的推动下运动。由大量此类经验事实出发，卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律）认定：在找不到一个可以吸收热量、相对温度较低的“冷源”时，热能不能转化为宏观可利用能量；这样，当没有更低温度“冷源”时，即使环境中有丰富的热能，也是不能做功的“废热”。二．当不存在更低温度“冷源”时，期望将环境中热能（本质是分子无规则运动所具有的能量）转化为宏观可做功能量，使环境中丰富的热能可以被回收再利用的系统（如图２示意系统），被称为“第二类永动机”。如果，能够实现“第二类永动机”，意味着：人们烧水，做饭，开车， …… 等等方式使用能量耗散到环境中的热能，可以回收再利用；从而，人类就可以彻底摆脱能源不足的困扰；由于在能源供应充分的前提下，绝大多数物质资源都可以循环再利用，人类也可以摆脱许多物质资源不足的困扰；使物质财富像泉水一样涌流出来的美好前景，就可以具备坚实的物质基础！不过，目前，主流物理学家认定其违反“热力学第二定律”——是“不可能实现的”梦想。三．目前，主流物理学家认定“第二类永动机是不可能实现的”——其微观根源到底是什么呢？　　这牵扯到我们对“热现象”物理本质的认识。目前，我们关于热现象的共识是：分子无规则运动是热现象的微观本质；温度，是分子平均动能的标志。日常生活中，我们常可见到如图 3所示的一群小蚂蚁共同搬食现象——一片硕大的面包屑，在一群小蚂蚁的协同作用下，产生宏观可以观察到的运动；但是，如果这些蚂蚁被施了魔法，失去协同能力，那么，这些蚂蚁相当于无规则运动的分子，目前主流物理学家断定：“如图4所示，那片面包屑则难以产生宏观可见的运动——如同在一群（同样的）无规则运动分子作用下，无法使宏观物体运动；除非如图5所示两个汽缸中，所容纳的分别是平均体能不同的两种蚂蚁（比喻两种不同温度的分子系统）时，图5中物体C才可能产生宏观可见的运动。 ”。以上，下划线部分对应的话语，就是卡诺定律的微观本质。虽然，在人类难以对分子进行微观操控的时代，卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律）是难以撼动的铁律；但是，随着人类逐步获得纳米级操控能力，卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律），仍然是不可逾越的铁律吗？　　深入到纳米级微观层面，对渗透压现象的理解和初步实验事实证明：卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律）这堵铁墙，是可以被纳米级孔隙穿越的！人类梦寐以求的“第二类永动机”，是利用现有与“反渗透海水淡化”工程技术相当的成熟技术，就可以在一定程度上实现的！　　其理论根据如图 6所示。图中，红色点线代表“半透膜”，相当于一张“筛网”，它允许图中小点代表的“水分子”从网孔中穿过；但可以拦截、弹回图中绿色圆点代表的“溶质”微粒；那么，在图中Ｕ型管两侧，纯水侧液位会稳定在低于溶液侧液位的水平上。两侧的液位差，被称为“渗透压”。其微观机理，可以理解为：半透膜相当于密布的多个足球球门，两侧分子微粒无规则运动，可以发起一次次“射门”；纯水侧水分子每次射门，射中（从而进入半透膜另一侧）的几率较高（术语称之为“水势高”）；溶液侧由于混杂有不可透过半透膜的微粒（绿色圆点），使得，在溶液侧，由水分子发起的射门次数少于纯水侧，射中（从而进入半透膜另一侧）的几率较低（术语称之为“水势低”）；使得，纯水侧液位会稳定在低于溶液侧液位的水平上，呈现出“渗透压”现象。水分可以从大树根系被输送到上百米的树梢顶端，据研究，主要归因于渗透压的作用。　　以往实验和理论研究得到的渗透压公式是 Π=cRT 式中，Π—渗透压 c—不可透过性微粒的摩尔浓度 R—理想气体常数 T—半透膜附近液体的绝对温度实验证明：渗透压Π的大小，仅仅和不可透过性微粒的摩尔浓度有关、和不可透过性微粒的具体物理性质无关。因此称，渗透压具有“依数性”。根据渗透压的依数性，如图７所示，对于阴阳离子数不平衡溶液（图中，红色圆点代表阳离子，以绿色圆点代表阴离子），在图中两条短划线代表的阴阳两个静电电极形成的静电场作用下，会分别相对富集于两个红色点线代表的“半透膜”附近，达到抵消外加电场的静电平衡状态；从而，两个半透膜附近，溶液和纯水之间，有不均衡的“水势差”；导致，图中Ｕ型管中，两侧纯水，可以具有稳定的水位差；进而，当构造一条水道，允许一侧纯水可以流向另一侧时，如图８所示，图中滴水，理论上可以永久持续进行（能量根源于分子无规则热运动所具有的能量，滴水可以持续冲击叶轮发电），构成“第二类永动机”。作者根据上述理论判断，所进行的多次实验证明，图７所示现象是真实存在的；进一步的实验证明：图８所示现象也是真实存在的；但是，在作者简陋的实验系统中，水滴滴落速率会逐渐降低（从第一天开始的大约４分钟一滴，到第三天的大约１０分钟一滴；在滴落周期超过３０分钟的情况下，给溶液部分加热，可以使滴落周期缩短到大约３０秒一滴。）；拆解滴落实验系统发现：滴落速率的趋缓，和两个半透膜之一明显脏堵有关。滴落实验系统照片如下： UPDATE: 　　为借助“利益驱动”，加快该项目实施、造福社会，作者已经就该项目申请发明专利。欢迎洽商该项目投资合作。图说第二类永动机.pdf

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焓的绝对值

fanxshan 2017-3-13 20:46

在物理化学中，经常遇到即有热量变化 Q 又有体积功的化学反应。这时，使用单独的热能 U 就不够方便，于是定义了新函数 “焓” ，即热能 U 与体积功 pV 的总和，用符号 H 表示 H = U + pV 在现行课本中， U 被认为是所谓的 “内能”，它的绝对值是不可测的，因而 “焓” H 的绝对值也是不可测的。在马克思主义热力学体系中， U 不是 “内能”，而是单纯的 “热能”。它的绝对值是可测的，因而 “焓” H 的绝对值也是可测的。与热能 U 一样，某一固定状态的焓值 H 也是状态函数。只要物系的状态确定，它的焓值就确定了。对于常见的恒温恒压化学反应，特别是反应前后有气体体积变化的，其反应热 Q p 恰好等于过程的焓变，即 Q p = ΔH 有了这个关系，我们最关心的化学反应热 Q p 就有了非常简明的表达方式。虽然 H 的绝对值可求，但为了充分利用旧理论体系中的数据，也可以人为规定 H 的值。例如，对于水蒸汽表，采用旧体系的相对值完全能够满足工业生产要求，不用再重新编制新的水蒸汽表。

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热的本质与热力学第三定律

fanxshan 2017-3-13 20:12

某电视台举办一场科学知识抢答赛，现场实况转播，邀请国内 20 位著名科学家以及 100 位嘉宾到场助兴。第 1 个问题：什么是光？ 20 位科学家争先恐后地按下抢答器。主持人挑选了其中的 3 位分别讲述，每一位都收获了热烈的掌声。第 2 个问题：光是什么？ 20 位科学家面面相觑，羞愧地低下头。沉默了 1 分钟，仍然无人回答。主持人只好开始问第 3 个问题：什么是热？ 20 位科学家齐刷刷地按下抢答器。主持人挑选了其中的 3 位分别讲述，每一位都收获了热烈的掌声。第 4 个问题：热是什么？ 20 位科学家默不作声，眼睛一闭，都装起了菩萨。为什么会出现以上现象？因为我们现在的科学，并没有科学家们所吹嘘的那么先进。在许多问题上，我们只能了解了现象，不掌握本质。 “ 什么是光？ ” 、 “ 什么是热 ” 这样的问题，只需要用几个实例（现象）就可以说明。这样的问题你根本就不用问什么科学家，问农民就可以了，甚至 5 岁的孩子也答不错。而 “ 光是什么？ ” 、 “ 热是什么？ ” 这样的问题，涉及光和热的本质，必须讲清它的机理，用几个实例是糊弄不过去的。现象与本质是一对哲学范畴，二者既有内在的联系，又有根本的区别。本质是现象的内在根源，现象是本质的外在表现。现象每个人都能看到，而本质则不然，它需要人的智慧。 “ 光是什么？ ” 的问题，困惑了人类几千年，现在已经解决了。在《数学辩证法》中，作者给出了光分子模型，完美地解释了光的波粒二象性，它将爱因斯坦、普朗克、薛定谔的工作完美地结合在一起。光分子的能量的表达式 E = mC 2 + ihv （ 1 ） “ 太阳给我们送来了光和热。 ” 我们从小到大，这句温馨的话不知道听了多少遍。太阳怎样把光和热送给我们的呢？在太阳与地球之间，是 1.5 亿公里的真空地带，太阳不可能通过介质传递向地球送热能。在三大传热方式（传导、对流、辐射）中，传导和对流都需要介质的存在。因此，太阳向地球传送热能，只能以 “ 辐射 ” 的方式进行，太阳所释放的不是别的，只能是光分子。 “ 热能 ” 与 “ 热量 ”具有相同的单位，但却是两个不同的概念，必须注意它们之间的区别。 “ 热能 ” 指的是物质在某一在特定“时刻”以热的形式存在的总能量、绝对量，它重点强调的是时间点，即时刻；而 “ 热量 ” 指的是以某一“过程”以热的方式得到或失去能量的数量，它重点强调的是时间段，既过程所持续的那个时间段（ 2 个时刻之间）内发生的能量变化、能量差，是相对量。光分子传到地球表面，其能量的主体部分（ mC 2 ）被物体吸收，确切地说，被物体原子核外的各层电子吸收，使电子能级增高，最终导致物体温度升高。其能量的次要部分（ ihv ）被眼睛捕获，形成了视觉。如果让光束通过三棱镜，就能将不同频率的光分开，形成各种颜色。热能可以通过介质从一处传递到另一处。实验发现，金属的导电性与导热性有极强的相关关系。导电性越好，导热性越强。这说明，材料中的自由电子数量对吸收、释放、传递光分子（光子对）起着重要的作用。金、银、铜中的自由电子多，不仅导电能力强，而且导热能力也强。与之相反，云母、石棉、橡胶等材料中的自由电子少，它们常被用作绝缘、隔热、保温材料。物质种类不同，每摩尔物质能够提供的自由电子也不同，其导热能力就不同。物质的导热能力通常用导热系数 λ 来表示，其单位是 W / m · ℃ 。它表示 1 米长度、截面积为 1 平方米的某材料，两端温度差为 1 ℃ 时，每秒钟能够传递的热量。固体物质的导热，从微观上看，就是传递自由电子周围各能级之上的光分子。当电子在金属材料中流动时，自由电子周围各能级之上的光分子还会在导线附近表现出电、磁现象，使导线周围的小磁针发生偏转。如果导线中自由电子流的密度较高，就会形成高电压，向电子流密度较低的一端扩散、移动。高压电子流通过电阻丝时，其运动受到阻碍，会抛下高能级的光分子，只携带低能级的光分子通过，使电阻发热。同时电子流的密度降低，产生电压降。实验还发现，热能可以储存在物质之中。从物质结构看，能够贮存热能的唯一的场所是物质分子中原子核外各层电子。所谓热能，就是物体分子中各原子核外各层电子所含有光分子数量的多少。物质种类不同，每摩尔物质原子核外各层电子吸收光分子的条件也不同，其蓄热能力就不同。物质的蓄热能力通常用比容 C P 来表示，其单位是 kJ / kg · ℃ 。它表示 1 千克某物质温度升高 1 ℃ 时该物质储存的热能。宇宙中的所有物质都是由原子组成的。在原子内部，原子核只占据极小极小的空间，各层电子占据了绝大多数的空间，是光分子极好的“容器”，也是物质普遍具有储热、放热能力的物质条件。与热能有关的，还有一个极其重要的概念，叫“温度”。所谓温度，就是物体分子中各原子核外各层电子周围光分子的最高能级。能级，可以简单地理解为光分子的 “ 势能 ” 。能级越高，其势能越大。两种物体温度不同，其本质是两种物质内部电子周围光分子的势能不同。当温度不同的两物体相互接触时，光分子将自动从高势能处流向低势能处，正像水自动地从高处流向低处一样。在宏观上表现为高温物体自动地向低温物体传递热量。可见，热的本质就是光分子的得与失。从物质中不断除去光分子，首先除去的是高能级光分子，其次是较高能级、次高能级 …… 低能级，将导致物质温度的下降。 100 ℃ 、 50 ℃ 、 10 ℃ 、 0 ℃ 、 - 10 ℃ 、 - 100 ℃ 、 - 200 ℃ …… 当温度下降到 - 270 ℃ 左右时，原子核外各层电子周围的光分子已经损失殆尽。金属中的自由电子不再有光分子的羁绊，几乎成为赤裸的单个球体，在有规律的金属晶格中运动几乎没有任何阻力，这就是所谓的 “ 超导 ” 现象。当温度下降到 - 273.16 ℃ （即 0 K ）时，最低能级的光分子也被除去，物体再也无法对外输出任何热量。这个时候，物体的热能是一个绝对数， 0 。如果我们用符号 U 表示物质的热能的绝对数量，那么所有的物质都遵循相同的规律：在绝对零度，任何物质的热能均等于零，即 U 0 = 0 。上面的表述可以称为“新热力学第三定律”，以示它与旧“热力学第三定律”的区别：在绝对零度，纯物质完整晶体的熵等于零，即 S 0 = 0 。（现行的 “热力学第三定律”是物理学家普朗克提出的假说，没有可靠的科学依据，已经有很多学者对其提出质疑。作者在后面的博文中，将彻底批判“熵”这个唯心主义概念，将“熵”与“热力学第三定律”从热力学中驱逐出去。）不同物质有不同的恒压热容 C P ，可以通过实验测定。在温度 T 时某物质的绝对热能可用（ 2 ）式表示（ 2 ）其中 C P 是物质在 0 ～ T 温度范围内的真实的恒压热容表达式（一般与温度 T 有关）， T 是绝对温度， U T 是物质在温度为 T 时的绝对热能值。如果引入平均热容概念，令（ 3 ）那么（ 2 ）式可以避免复杂的积分过程，简化为（ 4 ）式（ 4 ）其中是物质在 0 ～ T 温度范围内的平均恒压热容。现行热力学依据波尔兹曼（ Boltzmann ）提出的“气体分子运动论”，认为热是分子运动的结果，并且把分子的动能、转动能、振动能统一称作“内能”，这是完全错误的。稍微分析就可以知道：气体分子运动是气体压力 p 的原因而不是气体温度 T 的原因。而压力 p 与体积 V 的乘积 pV 是物质的体积能或机械能。混淆了温度与压力、热能与机械能，是旧理论产生错误的根源。

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热能在大自然的储存和分布特点

热度 2 fanxiaoyingz 2015-8-22 19:54

热能在大自然的储存和分布特点我通过普通的计算得出了一个惊人的结论：一立方米水完全蒸发所需要的潜热相当于一百七十三万立方空气温度变化一摄氏度所需要的热量。这个热量在自然界中，如果没有能源补充和辐射散射等输入输出，那么它能够使得 17 万立方空气温度上升 10 摄氏度，让 1 万七千立方空气温度上升 100 摄氏度。当然上升 100 摄氏度是不可能的，但是根据沙漠温度日较差可以推断温度变化 30 ～ 40 度是完全可以的。一立方米水完全蒸发所需要的潜热相当于 5.8 万立方空气温度变化 30 摄氏度所需要的热量。这个结果令人惊讶，但是细想起来也是可以理解的，在平常状态，在蒸馒头的时候，一锅水需要烧很长时间才能够把锅烧干，足以蒸熟很多馒头；过去瓦特发明了蒸汽机来带动机器和火车，蒸汽机的功率是非常非常大的，而它的功率就来自于水的蒸发热。蒸汽机目前并没有退出历史舞台，在万吨轮船上、在特大功率的机器上依然在使用。它们的原理都来自于水的巨大的潜热。所以这个计算结果的真实性是无容置疑的，是科学家们经过无数次的测定确定的。这个计算结果的实际意义在哪里呢？我在上一篇博文中没有太多的讨论，因为我还没有完全清楚。但是张学文老师给了我们一些合理的意义，详情他已经在博文《水分循环（蒸发）对地球气温的影响（一种分析）》 http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-911957.html 中做了说明，然后，《水分蒸发量阻止了多大的升温？》 http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-911735.html ，得出了一个重要结论“ 1 毫米的蒸发占用了大约 5 度的升温（近地面 500 米气层的空气的集体升温）”。这个结论非常重要。我们通过这个结论可以大概计算出如果东水西调，那么需要多少水量就能够满足人类居住的需要和灌溉的需要。人类要居住，必须适当改变空气温度的日较差，目前沙漠地区的空气温度的日较差在夏季是 30 ～ 40 度，那么如果要使得适合人类居住，温度日较差应该在 10 ～ 15 摄氏度以内，那么应该平抑温度 20 摄氏度。按照张学文研究员的计算，在一千米高度上大概需要 8 毫米水。那么在 120 万平方公里的干旱地区每天需要用来平抑温度的水量为 8 毫米乘以 120 万平方公里，为 1 点 2 亿立方。这个水量不算多。也就是说也许我们每天向中国沙漠地区调水 1.2 亿立方就能够形成一定的中尺度的甚至大尺度气候变化。从而实现“四两拨千斤”的效果。说起四两拨千斤，我们计算的结果的确是一个可以实现气候控制中四两拨千斤的效果的。我们一直在苦苦搜寻一种方法能够控制气温，能够控制风，从而能够改变沙漠地区恶劣无常的气候，但是基本不能够实现。现在看来调水也许是完全能够实现这一目的的。因为一立方水的潜热可以控制它自身百万倍的空气的温度。如果地面温度能够下降 20 摄氏度，那么可以通过计算知道高空的温度。根据绝热直减率 0.65 摄氏度来计算，高空 2000 米的温度也会相应下降 20 摄氏度（实际可能下降的更多，因为水分增多的情况下不再是干绝热直减率），那么在高空就比原来更加容易形成水气饱和条件，从而会形成雨云，形成更多降雨。那么我们可以说引来了 1.2 亿立方水，得到了更多的降雨，所以实现了四两拨千斤的效果。在科学网文章《水资源严重短缺科学家试向天空要“云水”》一文中我们得到重要信息，每年我国平均云水资源（含水汽）约为 22 万亿吨，是年平均降水量的近 4 倍，换算为降雨量可以达到 573 × 4=2292 毫米。为什么这些空中水只有 28% 降落下来，而且分配非常不均匀。这里有好几个原因： 1 ，距离海洋远近， 2 ，高山的阻挡， 3 ，地形和纬度， 4 ，海拔等等。但是有一个重要的原因一直被我们忽略，那就是大自然中自身的热资源的分布特点、储存特点和散射特点。有一个现实问题也许被大家忽略了：既然一立方水的蒸发热和凝聚热能够使得 17 万立方的空气温度升高或者下降十摄氏度，那么我们在池塘中放一池塘水，它的水量远远超过一个立方，那么会不会真的使得 17 万立方的空气温度升高或者下降十摄氏度呢？答案是否定的。因为如果要使得 17 万立方的空气温度升高或者下降，必须通过热辐射或者热交换这两种基本的方式。但是水的辐射热的能力很小，而水蒸气的辐射热的能力很强。从来没有发现炎热的夏季水库迅速干枯的情况。但是要让 17 万立方的空气温度升高或者下降通过交换的方式也不是很容易，因为这就必然形成风。要让 17 万立方的空气都经过这个池塘来降温，那么她刮起的风就很大了。当然在现实中，无论是海陆风，还是湖泊风都是这种降温效应的一个实例。也就是说，在水和空气的热交换中，对流占据了最主要的位置。在炎热的夏季，雷阵雨来临前也是必然的刮起非常大的狂风，这其实就是一种水汽和空气热交换的结果。也就是说，要实现水和空气的热交换，风的形成和强化是一个重要的表现形式和必须途径。太平洋上的热带风暴、台风、雷阵雨前的旋风都是水和空气热交换的形式。当然风不一定都是水汽的产物，例如焚风、干热风、山谷风等虽然都是空气中热的交换形式，但是与水没有关系。需要指明的一点是，雷阵雨来临前的狂风其实是高空中水汽凝结放热的结果。在现实中，我们发现水的蒸发热和冷凝热的出现并不是同时期的。例如，许多地方带雨气团可以停留一两个月时间，例如江南的梅雨季节，黄河流域的秋雨季节，都是空中水的冷凝季节，但是这些水汽是哪里来的，是什么时候蒸发的似乎还是个未知数。可以肯定的是梅雨季节带来的是南太平洋和印度洋的蒸发水汽，而黄河流域的秋雨季节的水汽来自哪里呢？降水和蒸发一样可以改变某个地区地表的热分布，但是降雨和蒸发本身也是该地区地表的热分布不均匀的结果。我们发现在炎热的夏季，空气的温度可以高达 35 摄氏度，但是河流、湖泊、水库中水的温度只有 20 摄氏度，甚至更低，水和空气的温度差异可以大于 15 摄氏度。而土壤表面的温度可能达到 60 摄氏度，但是仅仅是 10 厘米以下的土壤温度却往往接近水温。这就表明一个问题：夏季的白天，大地上不同物质的热能是不均匀的。有的储存的能量多，有的储存的能量少，有的热能是可以交换的，存在于其中是不稳定的，例如空气，容易交换和对流的能量多；有的不能够对流和辐射的能量多，例如水体，而有的只能辐射，不能对流，例如土壤沙漠树木。而这些的热交换效果截然不同，空气既能够对流，又能够辐射，又能够传导，所以空气是夏季热能交换的最活跃因子。土壤沙漠虽然不能进行热对流，但是它却有一个其它物体不能实现的功能，它能够把太阳辐射的辐射能转化为热辐射，然后漫射到空气中。尽管这个过程比较缓慢，但是可以累积。这就是为什么夏至这一天太阳高度最高但是不是夏季最热的时候的原因。在高原地区，由于空气稀薄，当土壤漫射的时候，空气基本只能接受很少一部分辐射热，大多数辐射热被辐射到了太空。尤其是夜晚，夜晚有可能把白天的辐射增温全部用来辐射到太空，没有累积。当然高原地区虽然土壤吸收了太阳辐射，但是它转化为热辐射的能力也是有限的，因为土壤温度本身较低。所以在空气稀少的高原地区，土壤温度上升很慢，而且累积很少，高原地区夏季依然很冷。根据基尔荷夫定律（ kirchhoff ）， K λ T ＝ e λ T ，他表明：在一定波长、一定温度下，一个物体的吸收率等于该物体同温度、同波长的放射率。即对不同物体，辐射能力强的物质，其吸收能力也强。辐射能力弱的物质，其吸收能力也弱。黑体吸收能力最强，所以它也是最好的放射体。而土壤的特点非常符合基尔荷夫定律，它吸收辐射的能力很强，但是散射辐射的能力也很强，所以只要没有逆辐射和反复的散射，那么土壤温度会很快下降。所以低海拔地区的土壤高温在晚上完全传送给了空气，只积累很少一部分。这部分积累是通过传导方式进行的。夏季通过测量热传导可以到达地面下十几米，当不能传导的时候，土壤进入永冻层或者恒温层。恒温层随着纬度减小而增加。而我们夏季之所以出现三伏天，是因为土壤的热传导在土壤中所积累的热量造成的。夏季由于太阳辐射非常强烈，地球会接受很多辐射能。但是这些辐射能对水的作用很小，因为水是透明的。水的辐射效应非常低下。所以水温变化不大。太阳辐射到水上对水没有很大的增温效果。但是可以促进水的蒸发。水一方面通过蒸发消耗一定的太阳能，另一方面通过透光消耗一定的辐射能，当然水温升高很慢也与水的比热容很大有关系。所以面积和体积很大的水体是冷水体，基本上晚上能够把大部分吸收的太阳热量再次辐射出去。土壤的比热容比水的小，但是土壤转化辐射热的能力是水的几百倍。需要说明的是，尽管这些特点和水、土壤、空气的比热容，热容以及导热率、导温率有很大关系，但是定性描述基本可以忽略其具体值。当然具体情况比较复杂，因为土壤总是三相体，水和空气的比例对于土壤性质影响很大。水的比热容 4.186kJ/(kg ·℃ )/4.2 kJ/(kg ·℃ ) ，导热率 : 在 20 ℃时，水的热导率为 0.006 J/s · cm · K 。土壤的体积热容量一般是 1-2.5 焦 / 厘米 3 ·℃ ，含水量大则更高。据估算在土壤孔隙度为 50% 、含水量为 30% 时，土壤的体积热容量一般为 168 焦 / 厘米 3 ·℃。空气比热容 = 1.005 kJ/(kg K) = 0.279 kWh/(Tonne K) （等压过程）。因此基本可以肯定水的比热容是土壤的 2 ～ 4 倍，是空气的 4 倍。不同温度下水的各类物理参数： t p c λ a 温度压力比热容导热系数热扩散率 ℃ kPa kJ/ （ kg·K ） W/ （ m·K ） 10m/h 0 0.613 4.2077 0.558 4.8 10 1.227 4.1910 0.563 4.9 20 2.333 4.1826 0.593 5.1 30 4.240 4.1784 0.611 5.3 40 7.373 4.1784 0.623 5.4 50 12.332 4.1826 0.642 5.6 60 19.918 4.1826 0.657 5.7 70 31.157 4.1910 0.666 5.9 80 47.343 4.1952 0.670 6.0 90 70.101 4.2077 0.680 6.1 这样，我们就绘制了一个夏季热能分布图：内陆地区，空气中的热能占全部热能的 80% 以上，主要以对流形式交换，辐射（反射、散射）也是一个重要方式。土壤占全部热能的 10% 以上，主要以辐射形式交换，传导也是一个重要方式。水自身在夏季所蕴含的热能只占全部热能的 10% 以下，主要因为有蒸散作用，而且水温的传导并不明显，水体内部有对流，但是不明显，水的辐射散热基本可以忽略。所以在炎热的夏季，水是内能稳定体，空气是内能交换的最重要介质，对流是热交换的最主要方式。热能在夏季的土壤、水和空气之间分布是极其不均衡的。这种不均衡是夏季气候多变，雷阵雨多，冰雹多，大风多的主要原因。而水、土壤和空气的质量的比值的差异是各个地区气候完全不同的重要原因。在沿海地区和海洋性气候地区，水储藏了热能和辐射能的大部分，相对而言，分配给空气的热能减少，因此海洋性气候地带夏季反而“凉快”，气温日较差小，空气乱流少，气候平和。沿海地区空气中的热能占全部热能的 60% 以下，土壤占全部热能的 10% 以上，水自身在夏季所蕴含的热能只占全部热能的 20% 以上（具体需要测定和推导）。而内陆地区，水储藏了热能和辐射能的极少部分，主要的热能被土壤和空气承载，昼夜温差大，气候变化多端，不适宜居住和农作物生长。水、土壤和空气的所占领的面积的比值的差异也是各个地区气候完全不同的重要原因。水体面积大，稳定性越高，气候异常情况越少；水体面积越小，空气的热能越多，空气中温差越大，乱流越多，异常气候越多。沙漠地区没有水，那么沙漠成为热能的主要承载体，热辐射也成为主要的热传导方式，相反空气流显得更加无常，但是却与风雨无关。所以，很显然，要根治沙漠，改善沙漠地区的气候，就必须改变水、土壤和空气的热效应在大自然中的作用和所含的内能比例。从而能够起到平抑气温，改善乱流，增加舒适度，增加降雨的作用。而要做到这一切，调水是必须的。因为水的本质是内能稳定剂。通常情况下，某一个中尺度的地域，我们可以把该地的太阳常数的修正值看作一个常数，那么它到底转化成了辐射能还是转化成了热能，这取决于水、土壤和空气的面积比和质量比。在植物茂盛的地区，还有一部分转化成为生物能储存起来。由于水、土壤、空气和植物的情况是千变万化的，所以同一地区的热能分布是很不均匀的，不同地区的热能分布也是很不均匀的。这导致雷阵雨、沙尘暴、冰雹、雾凇、霜冻等自然灾害也是很不确定，也是不均匀的。而要改善这些灾害的发生，就应该想办法改变水、土壤和空气的面积比和质量比。而调水是一种基本方法。到了严酷的冬季，热能在水、土壤和空气的比例又不相同。由于水的辐射能力差，而对流能力也差，所以水是储存能量的良好载体，到了冬季水的内能依然比较多，水通过缓慢辐射和蒸发给寒冷的空气输送能量，使得湖泊周围的空气温度不至于太低。这就是海洋性气候地带冬季温度反而比内陆高的原因。往往相同纬度的内陆要比海洋地区的温度低十摄氏度左右。最明显的例子是受大西洋洋流侵润的西欧地区。而我国的东海沿岸地区也和内陆有明显的温度差别。总之，通过本文我们发现其实在自然界，尽管太阳能分布是很均匀的，但是热能在高山、平原、河谷、山区、沙漠之间是不均匀的，在不同的介质中也是很不均匀的。这些差异是气候多变的主要原因，也是灾害较多的主要原因。但是我们找到了一种能够四两拨千斤的治理方法，就是增加水在其中的权重。

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IBM工程师的奶牛计算 VS 透-明计算

kiwaho 2015-1-30 09:25

IBM工程师的奶牛计算 VS 透-明计算连续写了N篇关于水科学的博文也是累了，今天换个口味谈谈“奶牛计算”的问题，以应景现时火热的“透-明计算”。 Bryan Ramlow是IBM计算机公司早期软件工程师，可能腻味于当时计算不透明，感觉计算机行业这碗饭不好吃，竟然于1980年玩起了奶牛计算。这老兄住在城郊一个奶牛农场旁边，平常就喜欢折腾这个，捣鼓那个，就当是繁重的软件编程之余的放松吧。有一年冬天邻居家的牛奶储存罐的制冷系统坏了，请他帮忙看看能不能捣鼓好。果然，过去的物理学基础扎实，三下五去二九弄好了。顺便得闲走进住着一百多头奶牛的牛棚，东瞧瞧西渺渺，发现零下20多摄氏度，尽管牛舍的窗户全部打开，内部也无取暖设备，竟然走在牛群中间不觉得冷。一手摸着热乎乎的牛肚子，顿然脑洞打开，感觉这牛的身体就是一个活的取暖器。之后，他为了计算奶牛的热功率当量，就商量用邻居家的奶牛做实验，初步估算出成年奶牛的热功率大约1000瓦。这样看来牛棚里100头奶牛相当于10万瓦的取暖器啊，难怪寒风凛冽的深冬，啥保温措施没有，取暖器也不要，里面仍然暖融融的。这家伙的脑筋转开了，琢磨一段时间，申请了第一个用牛温取暖的发明专利。IBM的码农工作也辞了，专心致志搞他的奶牛计算，挣的钱比什么“透-明计算”劳什子海了去了。故事详情可阅读英文报道：Using Cow Thermal Energy to Heat Homes in Winter http://www.motherearthnews.com/homesteading-and-livestock/cow-thermal-energy-to-heat-homes-zmaz82ndzgoe.aspx?PageId=1 他的奶牛热能利用的专利：http://www.google.com.hk/patents/US4322953

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IBM工程师的奶牛计算 vs 透明计算

kiwaho 2015-1-30 09:19

连续写了N篇关于水科学的博文也是累了，今天换个口味谈谈“奶牛计算”的问题，以应景现时火热的“透明计算”。 Bryan Ramlow是IBM计算机公司早期软件工程师，可能腻味于当时计算不透明，感觉计算机行业这碗饭不好吃，竟然于1980年玩起了奶牛计算。这老兄住在城郊一个奶牛农场旁边，平常就喜欢折腾这个，捣鼓那个，就当是繁重的软件编程之余的放松吧。有一年冬天邻居家的牛奶储存罐的制冷系统坏了，请他帮忙看看能不能捣鼓好。果然，过去的物理学基础扎实，三下五去二九弄好了。顺便得闲走进住着一百多头奶牛的牛棚，东瞧瞧西渺渺，发现零下20多摄氏度，尽管牛舍的窗户全部打开，内部也无取暖设备，竟然走在牛群中间不觉得冷。一手摸着热乎乎的牛肚子，顿然脑洞打开，感觉这牛的身体就是一个活的取暖器。之后，他为了计算奶牛的热功率当量，就商量用邻居家的奶牛做实验，初步估算出成年奶牛的热功率大约1000瓦。这样看来牛棚里100头奶牛相当于10万瓦的取暖器啊，难怪寒风凛冽的深冬，啥保温措施没有，取暖器也不要，里面仍然暖融融的。这家伙的脑筋转开了，琢磨一段时间，申请了第一个用牛温取暖的发明专利。IBM的码农工作也辞了，专心致志搞他的奶牛计算，挣的钱比什么“透明计算”劳什子海了去了。故事详情可阅读英文报道：Using Cow Thermal Energy to Heat Homes in Winter http://www.motherearthnews.com/homesteading-and-livestock/cow-thermal-energy-to-heat-homes-zmaz82ndzgoe.aspx?PageId=1 他的奶牛热能利用的专利：http://www.google.com.hk/patents/US4322953

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日本研究者提出地核物质形态新假说

热度 1 杨学祥 2011-11-14 06:04

日本研究者提出地核物质形态新假说 http://www.sina.com.cn 2011年11月13日14:26 新华网　　新华网东京11月13日电日本研究人员依据模拟实验提出，地球内部的外核部分并非均一构造，而是两种晶体构造不同的液态铁以地下约4000公里为界分别进行对流。他们认为，这一假说有助于研究地核物质和地球磁极移动等现象。　　地球由表及里分为地壳、地幔、外地核、内地核等部分，外地核位于地下深约2900公里至5100公里处，它由液态铁等物质构成。学界普遍认为，液态铁对流造就了地球磁场。　　日本东京工业大学和海洋研究开发机构的科研人员在最新一期美国学术期刊《科学》上报告说，他们在实验装置内模拟外地核的高温高压状态，并用位于兵库县的大型同步辐射加速器“SPring－8”，分析随温度和压力变化的液态铁晶体构造。　　他们发现，当压力超过240万个大气压，温度超过3700摄氏度时，铁的晶体构造会发生改变。而这个压力和温度刚好相当于地下约4000公里处的环境，这一深度正好位于外地核中心区域附近。　　根据上述结果，研究人员又用计算机模拟了液态铁在外地核内的运动。他们发现两种晶体构造不同的铁，以外地核中心区域附近为界，分别对流。而此前很多研究者认为外地核内部是均一构造。　　参与上述实验的研究者认为，这一发现不仅有助于探索地核，而且能为研究地球磁极移动提供线索。　　领导这项研究的东京工业大学教授广濑敬指出，外地核中两层结构的对流可能会因为温度和压力差变得不稳定，其构造或许会周期性地失去平衡，甚至导致地球磁极发生重大移动。这种移动的时间间隔没有明显规律，也未发现会对动植物生存造成不良影响。 http://news.sina.com.cn/w/2011-11-13/142623459012.shtml 点评：地球各圈层成分的不同，是重力分异造成的，地球表面的重物质在重力作用下向地心集中的同时，也使旋转动能向地核集中，加快了内核的自转速度，形成了不同圈层旋转速度的差异，其中内核旋转最快。内核每年相对东向旋转约0.4°~1.8° 。由于核幔差异旋转，最大的太阳辐射压力加强了核幔角动量交换，变旋转动能为热能积累在核幔边界，超级热幔柱在赤道地区核幔边界（此处角动量交换最强烈）产生，在赤道区海底扩张带或热点喷发，加热海水，形成赤道和两极间的海洋整体热对流，称之为海洋锅炉效应（见图1）。热膨胀和重物质上升，可以增大地球转动惯量，减慢地球自转速度。海水增温和海洋整体对流使两极温度上升，海水变暖释放大量CO2增强温室效应，是启动温室效应的按钮。随着反射阳光的冰盖融化和产生温室效应CO2的增加，形成全球的温暖气候。参考文献 1.杨学祥. 全球变暖、构造运动与沙漠化. 地壳形变与地震. 2001, 21（1）：15~23 YANG Xue-xiang. Global warming, tectonic activity and desertisation. Crustal Deformation and Earthquake. 2001. 21(1): 15~23(in Chinese). 2.杨学祥，陈殿友. 地核的动力作用 . 地球物理学进展，1996， 11（1）： 68-74. YANG Xue-xiang, CHEN Dan-you. Action of the earth core . Progress in Geophysics, 1996, 11 (1): 68-74. 3.杨学祥，陈震，刘淑琴，等. 地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应 . 地学前缘， 1997，4（1）：187-193. YANG Xue-xiang, CHEN Zhen, LIU Shu-qin, et al. The discovery of fast rotation of the earth’s inner core and orbital effect of global changes . Earth Science Frontiers, 1997, 4(1): 187 -193. 4.SONG Xiao-dong, Richards P G. Seismological evidence for differential rotation of the Earth’s inner core . Nature, 1669, 382: 221-224.

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核能与热能的事儿

热度 2 liwei999 2011-3-21 17:49

核能与热能的事儿。作者: mirror (*) 日期: 03/21/2011 03:39:32 有人对核安全专家郁祖盛解释反应堆的热能的来源有些“微词”。的确，“这个热能实际上就是中子通过水，水叫慢化剂也叫冷却剂，中子和水分子之间产生摩擦，生热就利用这个热能。摩擦生热，但是它是中子和水分子之间的摩擦”的说法有些不入耳。但是人家是核安全的专业，不能强求知道核物理上很详细的事情。当然，这也说明国人专家的“档次”比较低，或者是明白人不愿意“抛头露面”。核能从哪里来的故事应该算是常识了。它来自核子之间的“结合能”。这个“结合能”通常要比原子之间的“结合能”大一百万倍。这个“结合能”是如何转化到热能的呢？能把这个事情（现象）说匀乎了并不容易。但是这个“结合能”最终要变成热能的结果是可以知道的。因为热能是能量形式中最低级的东西了。从“高级”走向“低级”的道理也是“物理”。所谓能不容易，是说看起来简单，但是编起故事来比较难。都知道摩擦生热。但是如何解释摩擦生热这个现象呢？以为不难的人不妨试试解说一下。核裂变的“引信”是低能的中子。但是裂变释放出来的能量载体的大头并不在那些小粒子上，而是在那些大块儿的“核裂片”上。U236的两个大“核裂片”一个大约在95的质量左右，另一个在140的质量左右。具有动能的“核裂片”与周围的原子（核）碰撞，经过平均飞行距离（数十微米的量级）后，动能变成了热能。用水的作用第一是为了除热，带走这个核分裂产生出来的热能，第二是为了作中子的减速剂，使高速中子变成低速的，增大中子捕获反应的截面积。由于核燃料的能量密度大，产生的热密度也大。所以要做成很细的燃料棒，增加冷却的面积，“分而治之”。一般人对材料状态的理解都局限在固态和融化这样状态变化上，而专业上往往注意热应力。水冻冰之后水管涨裂的现象也要分类在“热应力”范畴。因此，核燃料棒在融化之前就会有应力破损，由此放射性物质会泄露到冷却水中并随着蒸汽跑出来。虽然这样的泄露量很少。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。

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低温下热能有效转换探讨

wangyong77 2010-11-17 23:02

低温下热能有效转换探讨摘要：本文提出了一种新的解决能源危机并且遏制全球变暖的方法，将热能转换为其他能源，使得能量可以循环利用。同时，分析了热力学第二定律的严谨性和热能转换为其他的能量的可能性。关键词：能量，热能，能源危机，能量守恒引言中国已成为煤炭、钢铁、铜等世界第一消费大国，继美国之后的世界第二石油和电力消费大国后，随着经济快速发展，我国主要能源和初级产品的供求格局发生了较大变化，资源对经济发展的制约作用开始显现，且差距呈越来越大之势。从长三角的电荒到涉及东北、华东、华南、西南等地区的煤荒与缺油，都显示能源危机迫在眉睫。核能等新能源都在资源和使用上都是有限的。在此提出热能转化来促进能源循环使用的解决能源危机措施。除了其他的能量被消耗以外，地球也在逐步变暖，会引发各种不良的后果，比如冰川融化、疾病增加、各种灾害、对动物和植物产生不良影响。据世界卫生组织估计，从2000年起，气候变化已经直接或间接的使全球100万人丧命。常温下热能转换的可能性分析能量是守恒的，它之所以不能够被再度利用，是因为所有的能量几乎都最终转换为热能，但是在温度不高的情况下，热能是很难有效地转换为其他的能量，所以只要能够有效将低温（包括常温）的热能转换为其他能量，我们就可以有源源不断的能量利用。另一方面，也可以在一定程度上防止全球变暖及其相应的危害。人们往往总是研究通过高温做功，但是为什么人们不积极去研究将热能有效转换为其他的能量，除了低温下热能转换本身可能是一个难题以外，与热力学第二定律的存在息息相关。关于热力学第二定律，有如下表述： 1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：，这就是热力学第二定律。不久，开尔文又提出：这就是热力学第二定律的开尔文表述。克劳修斯表述为：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化。开尔文表述为：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。热力学第二定律从一定程度上限制了人们研究低温热能转换的问题的兴致。我们从另外一种角度来分析热力学第二定律。首先，从定律上并没有完全排除热能转换为功的可能性，所以可能在定律的限制下去寻求常温和低温热能有效转换的途经。热力学第二定律有多种表述，而某些表述非常微妙，其实它们留下了比较自由的空间，比如以下两种表述：1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．这是按照热传导的方向性来表述的．2）不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的，而有人将此理解为第二类永动机是不可能制成的，显得武断。如果我们去掉引起其他变化的条件，则可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而引起其他变化本身就是一个非常广泛的条件。此外，定律的严谨性也有待商榷。热力学定律是基于实验的，而实验的并不能够保证能够涉及到所有的情况。他们在热力学第二定律中仅仅考虑的热能有从高到低传递一面以及对外做功的考虑，但是可能对热能的支配规律远远不止这些，包括各种化学反应和核反应、电能、磁场的转换问题。水有从高到低的趋势，依据这种趋势，水将会最终保持水平状态，但是现实并不如此，因为影响水的流向的因素太多了，热能也是如此，对热能可以施加影响的也不仅仅只有对外做功。热力学定律表达了一种自然状态之下的趋势，但是这种趋势依然有被其他的机制阻挠的可能性。内燃机和阀门也提供了一种单向的机制，这种单向的机制或许可以启示我们在热力学方面找到一种类似的机制，当然它可能是从更加微观的角度来实现的。如果我们能够利用某种阀门机制把低概率的事件充分利用和保持，并且对高概率的事件进行遏制，就有可能让熵增加，而现有的理论也没有排除这种机制的存在。注意到热力学第二定律实际上主要针对于热能转变为动能，如果在有其他能量转换存在的情况下，热能有可能变成其他的能量，然后再从这种其他的能量转变为动能。一些人将热力学第二定律推广到热能不能自然地转变为其他的能量，这是不太合理的。假如热能具有这种单向性，而且这种单向性不受到其他的影响，世界上的温度应该最终趋向均等，其他的能源如果只能转变为热能，则世界上的一切能量最终变成热能，自然界就不会有循环往复，这显然是不对的。实际上在一些严谨的表述中，对热力学的适用范围是有限定的，对于微观不一定适用，适用于孤立系统等。此外，我们也应该看到，热力学第二定律是一种统计上的规律，在大量分子作用的情况下，呈现一种整体上的趋势，与大数定律有关联，在极端的情况下，违反规律的事情是可能以非常非常低的概率发生的。因此，没有必要把它当做一种绝对真理。我们以两个分子为例，一个分子热能高，速度快，另一分子能量低，他们的运动方向是垂直的，低能分子的运动方向正好撞上高能分子，高能分子在低能分子运动的方向上的速度分量为0，则撞击后，高能分子的速度增加了，低能分子运动速度下降。能源将取之不尽，用之不竭。虽然低温和常温下热能的转化非常困难，但是并不存在原则上的障碍，而且能量守恒定理也证明了可行性。低温情况下，热能即使转化为其他的能量，也容易集中和存储。可见需要进行相关的研究，虽然存在许多的障碍，但是应当看到，许多发明创新都实现了许多难以想象的功能，在能源这个至关重要的课题上，更要满怀信心进行研究。在这些方面最近就有纳米材料具有将细微变化的热能和动能转化为电能的性质，这可能会为在低温下实现热能有效转化为电能或者其他能量提供基础。热能转化的实现可以从上述的纳米材料入手，也有望从生物方面来实现。结束语本文分析了热能在常温下转换为其他能量的可行性。实现热能的有效转化对于解决能源危机和全球变暖有着巨大的意义，与之相关的还有光能转化问题，非放射性物质的原子能转化也足以解决能源危机，但是它需要更深入的了解物质和原子结构。

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云南干旱的构造背景：地震能量未完全释放

杨学祥 2010-3-26 18:41

云南干旱的构造背景：地震能量未完全释放杨学祥，杨冬红据云南省最新的统计数据，截至 3 月 15 日，全省秋冬播农作物受灾面积达 3217 万亩，承灾面积 2472.3 万亩，绝收 1439.7 万亩。其中小春粮食作物受灾面积达 1573.1 万亩，成灾 1260.1 万亩，绝收 877.6 万亩，全省因旱灾造成种植业直接损失 114.5 亿元，小春粮食比上年减产 50% 以上。除了粮食，包括甘蔗、烤烟、咖啡、茶叶等经济作物受到的影响也十分巨大，特别是烤烟。旱灾不仅对烟苗移摘带来影响进而导致本年产量下降，更为严重的是直接威胁到今后几年卷烟生产原料的供应。蔗糖和茶叶方面，最新的数据显示，甘蔗面积绝收 52 万亩，蔗糖减产 45 万吨，企业蔗农损失达 36 亿元；茶叶受灾面积达 300 万亩，占总产茶量的三成。据当地气象部门预测，该省在 5 月中旬前无明显大范围降水过程，大部分地区雨季将于 5 月下旬才相继开始，旱情仍将持续发展、蔓延超过两个月。云南干旱严重的原因在于构造干旱与气象干旱叠加， 2005-2007 年云南地震第五活跃期没有发生 7 级以上地震，地下热能的异常释放是云南干旱区与强烈的重要原因。　　在 2003 年，胡辉，赵洪声，和宏伟详细分析了 20 世纪云南强震群体盛衰的天文背景，文中指出月亮白赤交角（亦称月亮赤纬角）变化产生的交点潮可能是影响地震长周期活动的一个原因。分析结果表明， 20 世纪以来云南的 4 个 M 6.7 级强震活跃期有 3 个始发于月亮白赤交角极大年或其次年，仅第一个地震活跃期不是如此，所以总概率达 80% 。另外，无论太阳活动还是地震活动均存在 11 年的准周期，对比太阳黑子相对数滑动平均曲线与云南历年最大地震强度滑动平均曲线，即年黑子相对数减小时，地震强度增大。据此，作者利用 20 世纪云南历年最大地震的震级作了 4 组 11 年周期的外推，估计了下一个地震活跃期首发地震的时间和震级。综括上述 2 个天文条件，根据目前月亮白赤交角变化与太阳活动形势，他们认为云南下一个地震活跃期可能开始于 2006/2007 年。他们根据地震活动 11 年周期中同相位年的平均强度作外推预报， 2005 年按期前 7 个 11 年周期同相位年的最大地震强度平均推算，可能为 5.69 级上下，仍处于低水平活动期，而 2006 年的地震强度则可能增至 6.37 级上下，应引起我们的警觉，最严重的是 2007 年，该年所处的相位最易发生强烈地震，平均震级已接近 6.7 级，足见该年最可能是云南下一 M 大于等于 6.7 级强震活跃期的开始年，并可能爆发 7 级大震（概率达 43% ）。 2007 年云南地震强度所以会如此之高，主要是因其正值太阳黑子第 23 活动周的谷值年附近。如往前追溯，自 1700 年以来，云南有记载的 18 次 M 大于等于 7 级大地震中，竟有近一半发生于太阳活动谷年附近，使谷年成为十分罕见的大震高发相位。学者杜品仁（ 1994 ）和胡辉等人（ 2003 ）分别指出，地震具有明显的 18.6 年潮汐周期，被称为岩浆潮周期。表 1 20 世纪以来白赤交角极大年与云南首发强震（据胡辉等， 2003 ）白赤交角极大年云南强震活跃期首发 M 大于 6.7 级强震 1913 第 1 活跃期 1913 峨山 7.0 1932 第 2 活跃期 1941 澜沧 7.0 1950 1950 勐海 7.0 1969 第 3 活跃期 1970 通海 7.7 1987 第 4 活跃期 1988 澜沧 7.6 2008 年 12 月 26 日凌晨，云南省境内连续发生三次地震。根据云南省地震台网中心的数据， 26 日凌晨 2 时 19 分 54 秒，昆明市发生 4.3 级地震，震中位于宜良县汤池镇阳宗海北岸（东经 103.01 度，北纬 24.58 度），震源深度 9 公里，造成汤池镇的八个村委会受灾；凌晨 4 时 20 分、 5 时 25 分，德宏傣族景颇族自治州瑞丽市境内连续发生 4.9 级、 4.0 级地震，震中位于瑞丽市勐秀乡（东经 97 ． 46 度，北纬 24.03 度），地震波及陇川、盈江、梁河、潞西、畹町等县市区。　　 2008 年 12 月，中国地震台网中心首席预报员孙士鋐在接受《财经》记者采访时表示，云南发生的上述地震，与汶川大地震没有任何联系。不过，他表示，如果这种 4 级以上的地震连续频发的话，就要分析这些连续频发的地震是否具有带状连续性，不排除该地区未来有发生 7 级以上地震的可能。因为早在在汶川大地震发生之前，孙士鋐透露说，他更关注的地区就是云南地区，甚至是云南和四川交界的地区。而在汶川大地震发生之后，云南地区发生 7 级以上地震的危险程度并没有减轻，这种危险性在一两年前就已经存在。　　数据表明，云南在月亮赤纬角极值时易发生 7 级地震，如，月亮赤纬角最大值年的 1913 、 1950 、 1970 、 1988 年和月亮赤纬角最小值年的 1941 、 1995 、 1996 年都发生了 7 级地震。 2005-2007 年月亮赤纬角最大值只发生了 6 级地震，还有能量未释放。　　从月亮赤纬角最大值变为最小值需要 9.3 年，从月亮赤纬角最大值变为最大值需要 18.6 年。在 1987 年月亮赤纬角最大值开始的云南第 4 活跃期中， 1988 年（亮赤纬角最大值）发生了澜沧 7.6 级地震、 1995 年（亮赤纬角最小值）发生了孟连县西中缅交界处 7.3 级地震和 1996 年（亮赤纬角最小值）丽江县发生 7.0 级地震，历时 9 年左右。在 2006-2007 年月亮赤纬角最大值开始的云南第 5 活跃期中， 2007 年普洱 6.4 级地震， 2008 年盈江 5.0 和 5.0 级两次地震，至今地震仍十分活跃。按云南第四活跃期规律，云南第五活跃期强震将持续到 2014-2016 年月亮赤纬角的最小值年，并在 2014-2016 年达到高潮，历时 9 年左右。表 2 20 世纪以来白赤交角、太阳黑子与云南强震（据胡辉等， 2003 ，杨冬红等修改， 2008 ）白赤交角太阳黑子云南强震活跃期 Ms 大于 7 级强震最大年最小年谷值峰值 1913 1922 1913 1923 1917 第 1 活跃期 1913 峨山 7.0 ， 1925 大理凤仪 7.0 1932 1941 1933 1944 1937 第 2 活跃期 1941 澜沧耿马 7.0 ， 1941 勐海 7.0 1950 1959 1954 1957 1950 勐海 7.0 1969 1978 1964 1976 1968 第 3 活跃期 1970 通海峨山 7.7 ， 1974 昭通大关 7.1 ， 1976 龙陵 7.3 ， 1976 龙陵 7.4 1987 1996 1986 1996 1989 第 4 活跃期 1988 澜沧 7.6 ， 1988 耿马 7.2 ， 1995 孟连 7.3 ， 1996 丽江 7.0 2007 2016 2007 2018 2011 第 5 活跃期（ 2007 普洱 6.4 ， 2008 盈江 5.9 ） 7 级地震空区最近，我们通过计算得出，潮汐也有 2.2 、 11 和 22 年周期变化。潮汐可以使偏离地球质心的内核在液核中产生潮汐波动，潮汐周期与太阳周期的共振效应对解释大气、地磁、地震、海温的 11 和 22 年周期变化更有说服力。这不仅能解释厄尔尼诺事件 11 年和 22 年周期变化，而且能解释地磁、地震、大气的 11 年和 22 年周期变化是受太阳活动和强潮汐的共同驱动和激发。从表 2 中，我们可以看到云南 1913-1999 年 7 级以上强震（共 13 次）有以下规律性：第一、 4 个强震活跃期有 3 个首发于月亮赤纬角（白赤交角）的最大值年；第二、 4 个强震活跃期有 4 个结束于月亮赤纬角的最小值年附近；第三、强震活跃期历时 7-12 年，与月亮赤纬角的最大值至最小值 9.3 年周期相对应。第四、 4 个强震活跃期有 3 个首发于太阳黑子谷年，一个首发于太阳黑子峰年。太阳黑子极值年是云南 7 级地震多发年。 3 个强震活跃期与太阳黑子 11 年周期对应，始于太阳黑子谷年，在下一个太阳黑子谷年或其前结束。数据表明，云南在月亮赤纬角极值时易发生 7 级地震，如，月亮赤纬角的最大值 1913 、 1950 、 1970 、 1988 年和月亮赤纬角的最小值附近的 1941 、 1976 、 1995 、 1996 年都发生了 7 级地震，占 9/13 。数据还表明，太阳黑子极值年易发生地震，太阳黑子峰年次年 1988 和谷年 1913 、 1976 、 1996 年都发生了 7 级地震，占 7/13 。数据还表明，太阳黑子极值年和月亮赤纬角极值年的叠加年（三年内）易发生地震，如 1913 、 1976 、 1996 年都发生了 7 级地震，占 8/13 。 2005-2007 年月亮赤纬角的最大值年只发生了 6 级地震，还有能量未释放。从月亮赤纬角的最大值变为最小值需要 9.3 年，从月亮赤纬角的最大值变为最大值需要 18.6 年。在 1987 年月亮赤纬角的最大值开始的云南第 4 活跃期中， 1988 年（月亮赤纬角最大值）发生了澜沧 7.6 级地震、 1995 年（月亮赤纬角最小值）发生了孟连县西中缅交界处 7.3 级地震和 1996 年（月亮赤纬角最小值）丽江县发生 7.0 级地震，历时 9 年左右。在 2006-2007 年月亮赤纬角的最大值开始的云南第 5 活跃期中， 2007 年普洱 6.4 级地震， 2008 年盈江 5.0 和 5.0 级两次地震，至今地震仍十分活跃。按云南强震活跃期规律，云南第五活跃期强震将持续到 2014-2016 年月亮赤纬角的最小值年，并在 2014-2016 年达到高潮，历时 9 年左右。 2004 年 12 月 26 日印尼苏门答腊 9.1 级地震发生后， 2005 年 3 月 29 日、 2007 年 9 月 12 日又连续发生 2 次 8.5 级以上地震发生，印度洋板块北推印度大陆向青藏高原挤压态势愈演愈烈。这一构造背景导致 2006 年四川特大干旱和 2008 年 5 月 12 日四川汶川 8 级地震。我们称 2006 年的四川干旱为构造干旱。 2009 年 9 月 2 日印尼爪哇岛发生里氏 7.4 级强烈地震， 2010 年 3 月 6 日苏门答腊西南以远地区发生 7.1 级地震，表明该地区地应力积累依然强烈。著名气象学家汤懋苍的地热涡理论曾受到国际气象界的关注，在富集地热的地区，有地下水源则含水热气生成巨量云层，降雨充沛，如雅鲁藏布江大峡谷的墨脱地区；缺水则干燥热气蒸腾，烘烤尽土壤水分，造成赤地千里，其前提条件是长期无降水，所形成的干旱称为构造干旱。无降水的干旱为地表缺水的表层干旱，称为气象干旱，一旦有了降水就会得到缓解。而构造干旱是地下缺水的深度干旱，即使有少量降水也无法缓解。构造干旱的特点是面积大，范围广，时间长，与地热带、构造带和地震带分布和地震周期有关。能产生降水再循环的不仅有陆地植物的蒸发作用，还有热点和构造活动的释热释气作用。雅鲁藏布江大峡弯是地球强构造活动的热点，也是全球降水量最多，热带森林纬度最高的气候变化启动区。热点和构造活动对气候的影响有两个方面，其一是增大温度梯度加强大气对流，其二是把地下水和地幔水带到大气参加降水循环，对比马宗晋等给出的 20 世纪中国大陆及邻区五个地震活动幕的时空分布和高庆华等给出的 20 世纪中国七大江河流域严重洪涝灾害发生年份，可以明显看到地震活动与特大洪涝灾害之间的对应关系。对比全球地震带，沙漠带，构造活动带和水系分布图可以发现，沙漠区主要分布在无地震，少水系、构造相对稳定的地台和地盾，如撒哈拉大沙漠、阿拉伯半岛和澳大利亚西部。由此可见，热点和构造活动的释热释气是降水再循环不可忽视的一个环节。地热不仅能造成干旱，而且能造成洪涝。沙漠区主要分布在无地震，少水系、构造相对稳定的地台和地盾，表明地热在降水过程中的不可替代作用。旱震理论讨论的干旱与地震关系，指的是构造干旱与地震的关系，其认定和发展对预测干旱和预测地震均有重要的实践意义。目前中国西南干旱主要发生在青藏高原东部边界四川盆地和云贵高原的构造活动地区，是构造干旱和气象干旱叠加的结果，简单的人工降雨不能从根本上解决问题，人们必须做好长期抗旱的准备。 2004 年美国 GBN 报告预测中国南部地区在 2010 年前后将发生持续整整 10 年的特大干旱。 2010 年以后，中国北方水患不断，南方一片干旱，这不是空穴来风。参考文献 1．干旱一周损失 20 亿未来两月云南经济或最艰难。 2010 年 03 月 26 日 07:36 　来源：中国证券报。 http://www.chinanews.com.cn/cj/news/2010/03-26/2191113.shtml 2．杨学祥杨冬红。中国南旱北涝祸因：拉马德雷冷位相。 2010-03-23 10:26 。 21 世纪经济报道。 http://opinion.nfdaily.cn/content/2010-03/23/content_10364781.htm 3．胡辉，赵洪声，和宏伟。日月影响与云南未来地震趋势研究。云南天文台台刊。 2003 ，（ 4 ）： 49-55 4．杜品仁 . 18.6a 地震轮回及其成因初探 . 地球物理学报 , 1994, 37 （ 3 ） : 362-369. 5．徐超。专家提醒云南应注意 7 级以上地震风险。 2008 年 12 月 27 日 14:39 《财经网》。 http://www.caijing.com.cn/2008-12-27/110042996.html 6．杨学祥 . 胡辉：云南地震预测 . 发表于 2008-12-27 16:42:42 科学网。 http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=207266 7．杨学祥。云南第五活跃期强震将持续到 2014-2016 年。刊发时间： 2008-12-29 14:35:54 　光明网 - 光明观察。 http://guancha.gmw.cn/content/2008-12/29/content_873909.htm 8．杨学祥 . 气候波动、沙漠化与人类知识结构 .. 　中国学术期刊文摘（科技快报） . 2000 ， 6 （ 8 ）： 1003~1005 9．汤懋苍，钟大赉，李文华等 . 雅鲁藏布江大峡湾是地球热点的证据 . 中国科学， D 辑， 1998 ， 28 （ 5 ）： 463~468 10．马宗晋，杜品仁 . 现今地壳运动问题 . 北京：地质出版社 . 　 1995 ， 99~102 11．高庆华，张业成，张春山 . 　论我国洪涝灾害不断加剧的地质环境因素 . 　见：邓乃恭，雷伟志主编 . 大陆构造及陆内变形暨第六届全国地质力学学术讨论会论文集北京：地质出版社 . 1999 ， 180~184 12．杨学祥 . 降水能源变化与未来地下水危机 . 科学 . 1999 ， 51 （ 1 ）： 46~48 13．杨学祥，陈殿友 . 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系 . 地壳形变与地震 . 2000 ， 20 （ 3 ） 14．杨学祥 . 全球变暖、构造运动与沙漠化 . 地壳形变与地震 . 2001, 21 （ 1 ）： 15~23

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低温下热能有效转换探讨

wangyong77 2009-3-16 19:28

低温下热能有效转换探讨引言中国已成为煤炭、钢铁、铜等世界第一消费大国，继美国之后的世界第二石油和电力消费大国后，随着经济快速发展，我国主要能源和初级产品的供求格局发生了较大变化，资源对经济发展的制约作用开始显现，且差距呈越来越大之势。从长三角的电荒到涉及东北、华东、华南、西南等地区的煤荒与缺油，都显示能源危机迫在眉睫。核能等新能源都在资源和使用上都是有限的。在此提出热能转化来促进能源循环使用的解决能源危机措施。除了其他的能量被消耗以外，地球也在逐步变暖，会引发各种不良的后果，比如冰川融化、疾病增加、各种灾害、对动物和植物产生不良影响。据世界卫生组织估计，从2000年起，气候变化已经直接或间接的使全球100万人丧命。常温下热能转换的可能性分析能量是守恒的，它之所以不能够被再度利用，是因为所有的能量几乎都最终转换为热能，但是在温度不高的情况下，热能是很难有效地转换为其他的能量，所以只要能够有效将低温（包括常温）的热能转换为其他能量，我们就可以有源源不断的能量利用。另一方面，也可以在一定程度上防止全球变暖及其相应的危害。人们往往总是研究通过高温做功，但是为什么人们不积极去研究将热能有效转换为其他的能量，除了低温下热能转换本身可能是一个难题以外，与热力学第二定律的存在息息相关。关于热力学第二定律，有如下表述：克劳修斯表述为：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。开尔文表述还可以表述成：第二类永动机不可能造成。以及热能不能完全转化为机械能，只能从高温物体传到低温物体。热力学第二定律从一定程度上限制了人们研究低温热能转换的问题的兴致。我们从另外一种角度来分析热力学第二定律。首先，从定律上并没有完全排除热能转换为功的可能性，所以可能在定律的限制下去寻求常温和低温热能有效转换的途经。此外，定律的严谨性也有待商榷。热力学定律是基于实验的，而实验的并不能够保证能够涉及到所有的情况。他们在热力学第二定律中仅仅考虑的热能有从高到低传递一面以及对外做功的考虑，但是可能对热能的支配规律远远不止这些，包括各种化学反应和核反应、电能、磁场的转换问题。水有从高到低的趋势，依据这种趋势，水将会最终保持水平状态，但是现实并不如此，因为影响水的流向的因素太多了，热能也是如此，对热能可以施加影响的也不仅仅只有对外做功。热力学定律表达了一种趋势，但是这种趋势依然有被其他的机制阻挠的可能性。如果我们能够利用某种机制把低概率的事件充分利用和保持，并且对高概率的事件进行遏制，就有可能让熵增加，而现有的理论也没有排除这种机制的存在。能源将取之不尽，用之不竭。虽然低温和常温下热能的转化非常困难，但是并不存在原则上的障碍，而且能量守恒定理也证明了可行性。低温情况下，热能即使转化为其他的能量，也容易集中和存储。可见需要进行相关的研究，虽然存在许多的障碍，但是应当看到，许多发明创新都实现了许多难以想象的功能，在能源这个至关重要的课题上，更要满怀信心进行研究。在这些方面最近就有纳米材料具有将细微变化的热能和动能转化为电能的性质，这可能会为在低温下实现热能有效转化为电能或者其他能量提供基础。热能转化的实现可以从上述的纳米材料入手，也有望从生物方面来实现。结束语本文分析了热能在常温下转换为其他能量的可行性。实现热能的有效转化对于解决能源危机和全球变暖有着巨大的意义，与之相关的还有光能转化问题，非放射性物质的原子能转化也足以解决能源危机，但是它需要更深入的了解物质和原子结构。参考文献： Dai Xingang. Water-vapor source shift of Xinjiang region during the recent twenty years. Progress in Natural Science 2007,17(5):569-575 秦大河.全球气候变化对中国可持续发展的挑战.中国发展观察.2007,(4) : 38-39 郑克棪.世界浅层地热能开发利用现状及我国的发展前景.地热能.2007(2) :11-13 白道华,周少祥.热力系统第二定律分析方法存在问题及解决方法,现代电力,2007,24(1) 李如生．非平衡态热力学和耗散结构．北京：清华大学出版社，1986．

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