这篇文章结合上一篇《能量是衡量一切的量——中学生重建人类文明3》,就可以把中学物理学明白,也是重建人类文明的最主要环节。
生物学里的能量转化
1.光能→内能:变温动物晒太阳
2.光能→生物(化学)能:光合作用(制造有机物,是生物圈中的生产者,是所有生物的食物来源、氧气来源和能量来源)
3.生物(化学)能→机械能:生物的部分运动
4.生物(化学)能→电能:电鳗等放电
5.生物(化学)能→内能:恒温动物
6.化学能→光能:萤火虫等发光
7.势能转变为动能:鹰隼的俯冲
可以这么说,生命中的能量转化,是对宇宙走向无序的反动,即“新陈代谢的实质就是及时全部消除有机体无时无刻不产生的全部负熵”。化学中的能量转化
1、电能→化学能:给 蓄电
2、化学能→电能:燃料电池放电
3、机械能→化学能:压缩 化氮。当体积缩至一半时,压强可能增至1.5倍,因为有一部分转为四氧化二氮
4、化学能→机械能:压缩 化氮实验中,当压强减小时,四氧化二氮又分裂为 化氮,释放能量;炸药爆炸(致敬诺贝尔先生,及瑞典*府对诺贝尔奖做出的贡献)
5、内能→化学能:部分吸热反应,Ba(OH)2+NH4Cl的反)
6、化学能→内能:放热反应,CaO+H2O=Ca(OH)2+Q,放热反应(虎门销烟)
7、化学能→光能:镁燃烧发出强光
8、光能→化学能:光照卤化银分解(致敬我们已经逝去的胶卷,和曾经伟大的乐凯)
分子是保持化学性质最小单位,用以表征化学变化。所以化学是在分子、原子的层次上研究物质的性质、组成、结构与变化规律的科学,在《寒假劈柴——尺棰不竭》一文中探讨过,化学是在宏观物理和核物理之间的学科(当人类技术进入皮米级、重组原子经济性可行时,化学并入物理学),化学反应前后,原子数目种类没有变化,只有分子种类变化。因此从本质上来说,化学反应中的能量变化来自于成键电子的轨道能量(可以看作是原子核中的势能)变化,简单来说,也就是化学键的断裂和形成造成了化学反应中能量的释放和吸收。物理学中的能量转化
1、机械能→内能:摩擦生热、钻木取火;打气筒打气外壁变热;内燃机的汽缸的压缩冲程
2、内能→机械能:飞机发动机、燃气轮机、蒸汽轮机做功
3、光能→机械能:太阳帆(《三体》送大脑其实可以用激光帆);用强光照射物体使之膨胀做功
4、机械能→光能:很罕见,燧人氏的打火石算一个;不知道石英的压电效应算不算,但是小时候我用力压黑白液晶面板时会出现彩色光条
5、内能→光能:金属(钨丝)加热后发光
6、光能→内能:用放大镜烤蚂蚁,太阳能锅、集热式太阳能电站、百慕大三角之谜(超巨大的漩涡形成类似凹镜的结构)
7、机械能→电能:水轮发电机、风机
8、光能→电能:太阳能电池板
9、内能→电能:温差发电
10、化学能→电能:燃料电池放电
11、核能→内能—→电能;潮汐能→机械能—→电能;波浪能→机械能—→电能;地热能(含干热岩)→机械能—→电能等等
12、从7到11都是讲其他能源转变为电能,因为电能是使用最方便、高效的能源,我们最熟悉的有以下:电能→机械能:各种电动机(含用在机器人或纳米机器人身上的动力系统)、抽水蓄能电站将水的势能大规模储备,飞轮储电也如此;电能→内能:电火锅、电饼铛、武汉的电热毯等等;电能→化学能: 充电;电能→光能:灯管照明;电能→风能:鼓风机、电风扇,不一一列举了只要人们需要,电能可以转换成各种其他的能源模式,如游泳池里的巨浪能,但是潮汐能做不到,因为那是天文定义,或许要等到人们达到恒星级文明时才行。
前文说过,物理学可以用能量转换作为主线来进行学习。把每一个章节的内容,最终总结到做功和能源转换上来,用各细分学科(热力学、力学、电磁学)的公式,推导出各个计算单位的转化关系,物理就过关了。中学物理同样没有考虑能量和质量的关系,质能等价理论和简洁美丽的E=mc2方程式(E为能量,m为质量,c为光速)只做了解。因此中学物理仍然是宏观世界的能量守恒,审题时