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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; 12755 次阅读|36 个评论

欢迎实验——利用氧化石墨烯实现第二类永动机的方案: lwg 2017-11-15 09:02; 欢迎实验——利用氧化石墨烯实现第二类永动机的方案搜索发现：基于吴恒安教授的研究成果，可以构造一种技术性能大幅优化的第二类永动机。关于吴恒安教授之研究成果的报道如下—— 　　石墨烯以其独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”（wonder material）。然而，石墨烯与水之间的相互作用机理却并不为人们所熟知。石墨烯表面是疏水的，但浸入到水中的石墨烯薄膜里的毛细通道却允许水的快速渗透。此前，吴恒安教授曾在英国曼彻斯特大学做访问学者，针对氧化石墨烯薄膜独特的隔气透水性质与实验科学家们一起开展了合作研究，研究成果刊于2012年1月27日出版的Science上（Science, 335 (6067): 442-444, 2012）。　　最新研究表明，水环境中的氧化石墨烯薄膜在水合作用下会形成约0.9纳米宽的毛细通道，可以阻止水合半径大于0.45纳米的离子或分子通过。该筛选效应不仅对离子尺寸要求非常精准，而且要比经典的浓度扩散快上千倍。这些发现在海水淡化与净化、传感技术以及能源转换等领域具有广阔的应用前景。合作者之一Irina Grigorieva博士表示，此研究成果意味着制造一个在几分钟内即可将一杯海水淡化成饮用水的过滤装置，已不再只是科幻小说场景。　　吴恒安教授课题组在该项工作中做出的主要贡献是用理论分析和分子模拟研究了石墨烯纳米通道快速过滤离子的机理。他们的计算机模拟工作表明，石墨烯与离子之间的相互作用使离子在纳米通道中聚集，从而形成了更高的浓度梯度。这一发现对实验结果给出了合理的解释，也被称为“离子海绵（ion sponging）效应”。　　这项合作研究得到了国家自然科学基金的资助。　　附论文链接： http://www.sciencemag.org/content/343/6172/752 （工程科学学院、中国科学院材料力学行为和设计重点实验室） —————————————————————— 基于上述研究成果，将前文《利用阴阳离子数不平衡溶液实现第二类永动机的一种方案》（http://blog.sciencenet.cn/blog-1352526-1056956.html ）所述“半透膜”具体代之以“氧化石墨烯薄膜”，将工质“硫酸钠”代之以“硫酸铝”；从而，可以利用水合（ Al ） +3 离子半径为 0.475纳米（大于氧化石墨烯分子筛孔径）不能透过氧化石墨烯薄膜的性质，构造形成技术性能显著优化的第二类永动机。欢迎大家实验。; 3777 次阅读|0 个评论

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