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发明技巧故事36——固体水——相变原理应用 精选

已有 4124 次阅读 2021-12-11 08:43 |系统分类:科研笔记

固体水——相变原理应用

波兰作家史蒂芬.万菲格在1964年发表的幻想小说《疯子》中,描述了精神病人安里格里乔的故事。

安里格里乔想发明在200C高温下都不融化的固体水,而且获得了成功。

他发明了一种白色粉末状的固体,在高温下可变成清澈的水。格里乔说:“固体水的发现可以让人们在水资源缺乏的地区生活,固体水不需要器皿而可以方便地以各种方式运送到任何地方去。”

小说归小说,但科技的发展却是真真切切的。

1967年,固体水果真被发明出来了。这种包含90%水和10%硅酸的固体水,确实呈现为白色粉末状。

相变的应用,可以让很多问题得到巧妙解决。

这个故事应用了相变(phase transformation)原理,该原理体现在:

利用物体相变转换时发生的某种效应或现象(相变时会发生体积变化、热量变化)。

比如:与其他大多数液体不同,水在冰冻后会膨胀,可以用于爆破,同时放出热量。热力泵就是利用一个封闭的热力学循环中,蒸发和冷凝的热量来做有用功的。

这里的状态转变包括系统的物理状态改变,也包括物体“相变”,而且“相变”比“改变系统的物理状态”具有更广泛的意义,因为伴随着物质的相变过程会产生某种效应(比如体积改变,或热量吸收或释放(一级相变),超导(二级相变)等),一般对应物质的固态,液态和气态对应着物质的固相,液相和气相。如果我们为了产生气溶胶、吸收或者释放热量、改变体积以及产生一种有用的力,都可以利用这个原理。典型的相变过程包括气、液、固体之间的转变以及相反过程:A)用冰的无声爆破:利用水开始结冰时的体积膨胀,可以产生惊人的力量(液相->固相体积变化,需要注意的是一般液体->固体体积都是缩小的,而水有特殊性)。B)冰箱;灌装液化气;C)用干冰制造舞台烟雾效果。

   物质的多态性(不同形式的结晶方式)是很多物质的特征,结晶之后出现的现象能用于解决很多问题。如果需要深入了解可以搜索多晶型现象,多晶结构等词条。系统的动态化原理15,物理和化学参数改变原理(35)以及状态转变原理36的一般区别,对于系统的状态A和B:1、从系统的状态A改变到状态B,原理35的1)建议使用物体的B状态,而不是A状态,因为正是系统的B状态的特殊属性才能实现所需要的结果;2、原理15的本质则是状态A或者状态B的特征都可以利用;3、原理36则是利用状态A转换到状态B的转换过程中产生的某种效应来实现所需要的结果,利用的既不是A状态的特性,也不是B状态的特性,而是A->B过程中的效应。




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