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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; 12757 次阅读|36 个评论

一份有趣的实验记录: 热度 1 lwg 2017-6-25 14:24; 一份有趣的实验记录一．实验目的：　　通过实验检验自己在前一篇博文中发布的实验构想是否成立——是否确实可以利用阴阳离子数不平衡溶液构成第二类永动机？二．实验器材：　　１．淘宝网购ＲＯ反渗透滤芯２个（如下图）；　　２．淘宝网购ＲＯ反渗透净水器外壳２个（如下图）；　　３．淘宝网购２分透明软管及３通、水阀等（如下图）；　　４．淘宝网购铝质胶带、铜质漆包线等。三．实验装置：　　１．原理图：　　２．实物照片：（照片中所见透明管道，对应原理图中蓝色管路，记录左右管道液位的钢卷尺０点在上方，液位读数越大，代表液位越低。）四．实验数据：　　从 A端口强力注入硫酸钠溶液之后，连续观察得到的数据如下：五．实验小结：１．在最初注液后，数据起伏波动比较大，符合预料情况；２．预料在初始波动起伏后，左右两侧液位波动将逐渐缩小，并逐渐达到彼此液位平齐。这一理论预期并未达到，导致原来预想的——在左右液位稳定、近似平齐后再施加静电场的想法迟迟不能实施；３．直至 6月24日8点（实验开始后202小时），左右液位仍然没有达到稳定、近似平齐的预期；但持续多日，左侧液位高于右侧，且液位差比较稳定。因此，意图：给右侧柱芯静电电极通正电、右侧铝箔圆筒静电电极通负电，促使右侧液位上升；给左侧柱芯电极、圆筒电极则施加同样强度，但电场方向恰好和右侧相反的静电场，促使左侧液位下降；得到与不加静电场电压情况下多日观察数据相反（右侧液位高度反超左侧）的效果。４． 6月24日22点（实验开始后216小时），观察数据反映：施加静电场后，右侧液位不但没有如同预想那样反超左侧液位；相反，左侧液位出现多日未见的反常回升；右侧液位出现更加显著的下降。反映：仅仅正负32伏的静电场，就能够显著影响半透膜两侧的“水势”；但该影响的方向和前文的理论预期恰好相反。原因不明。５．虽然实验数据和理论预期不同，难以理解；但是，从实用的角度看，该实验数据初步支持——利用阴阳离子数不平衡溶液，可构造第二类永动机——的基本判断。６．下来，需要进一步改进实验装置，努力消除类似于“天平”该平齐而实际左右液位不平齐的影响因素；进行更严格、准确的实验。 UPDATE 1:理解本文需要的相关博文链接地址是 http://blog.sciencenet.cn/blog-1352526-1056956.html; 3951 次阅读|2 个评论

水势公式的其它表述: ivylw 2012-3-16 15:05; 翻译自《Plant physiology》(5th edition, Taiz adn Zeiger)附带的资源对于有液泡细胞的水势组成有如下公式： ψ w = ψ s + ψp，表明细胞水势由渗透势和压力势相加而得。但是细胞水势也可以表述为： ψ w = -π + P ，其中P为溶液的静水压，这里指细胞膨压，在膨胀的细胞里为正值而在木质部为负值。π 叫做渗透压，与渗透势符号相反。因此， π 为正值。“渗透压”这个名词是物化学家和动物学家提出来描述溶质对于水势自由能作用的效果，大多数物理和化学手册都用渗透压（ π ）这个提法。第二个公式 π前的负号表明了溶质对于水势（ψ w ）的降低，因此 ψ s = - π。对此Hammel and Scholander (1976) 专门撰文进行了令人感兴趣的说明。不过，一些学者混淆了渗透势与渗透压的这两个概念，导致有时会把 π 叫做渗透势，以致出现正值和负值两种情况。至于衬质势，我们往往用符号 t 来代表。; 个人分类: 教学研究|10803 次阅读|0 个评论

鼠尾草(Salvia mellifera)的花自身难保: 热度 1 gaojianguo 2011-8-18 16:43; 开花(flowering)对任何植物来讲都是极其重要的，因为它决定着植物的繁殖、个体的以及种群的更新。开花期的植株水分利用状况对理解植物繁殖的特性有特殊作用。由于鼠尾草在北美的普遍分布和对环境变化的敏感性，鼠尾草( Salvia mellifera )的叶和花的水状态被用来阐述它的繁殖特征。 Lambrecht 等在American journal of botany发文称鼠尾草花期花会利用较多的水资源，如果在干旱期这种习性或许会阻碍鼠尾草的进一步开花甚至会造成鼠尾草的生殖失败，难道这种生长在半干旱环境里的植物不会适应环境而调整代谢循环？在开花这么一个重要的发育阶段连花自身都不保？他们使用对照组和灌溉组，灌溉会增加土壤含水量和根部水势，但叶和花冠的气体交换速率与对照没有多大差别，说明花的失水不受叶片气孔调节，即使植物有优先供应花水分的机制，但由于花会蒸腾掉很多水分也会危及到整株植物的水平衡。作者最后认为随着全球变暖和干旱加剧，对开花繁殖期的鼠尾草适当灌溉是有必要的，鼠尾草对水资源的获取策略会影响当地的植被分布。全文: Plant water status and hydraulic conductance during flowering in the southern Ca.pdf; 个人分类: 生活点滴2|4812 次阅读|5 个评论

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