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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

已有 4764 次阅读 2017-11-29 15:00 |系统分类:科研笔记|关键词:渗透压,第二类永动机,水势,半透膜,热能,废热,能量循环| 渗透压, 热能, 第二类永动机, 水势, 半透膜

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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