一种用二氧化硅颗粒制作的无功耗水循环空气净化窗体的制作方法_4

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的本质原因不仅仅是因为管道粗和细,还有个原因就是水分与管道的接触面积,准确说是单位质量的水分与管道的接触面积的比值大小。那么是不是任何物质只要与水的接触面积大就可能实现“水向上流”的功能呢?当然不是。在自然界,有些物质是亲水的,有些则是疏水或者是憎水的,对于憎水和疏水物质的存在,人们很容易想到利用某些特定的物质比如亲水的材料做成毛细管道来实现所谓的“毛细作用”,而疏水和憎水的物质则不能实现“毛细作用”,因此可以用类似亲水物质,比如用聚乙烯醇来制造纤维或毛细管道来实现“水向上流”的“功能”。
[0037]利用亲水物质作为毛细管道的材料实现“水向上流”的功能虽然新颖无比,但是可以认为“容易想到”,所以,在我国的法律界,如果通过人工方法制造“水向上流”的器件可以认为是种发明,也可以认为容易想到而否定这种小发明的“创造性”,是不是真的具有“创造性”就要看审查员对这种发明创造所产生意义的理解,或者具有“创造性”或者不具备创造性,怎么判断就要看审查员对这种设备的社会作用或者说这种设备产生社会效果以及产生的意义进行“倾向性”的判定。
[0038]那么,实现“水向上流”的功能对人类究竟有哪些好处,或者说“水向上流”究竟有什么现实意义呢?
首先来看这种现象I):在夏天比较炎热的季节,我们走进森林,瞬间有种凉爽的感觉,为什么呢?很多人会说森林有调节气候的作用,降低了大气温度。那么继续追问一句,森林为什么具有调节气候的作用?森林调节气候的机理是什么呢?
再来看另一种现象2):在春夏秋季节,我们用手摸一下植物的茎,比如秸杆、常青藤、丝瓜藤、吊瓜秧,会有一种冰凉或者嗖嗖嗖凉的刺手的感觉,敏感的老年人甚至经受不住这种凉爽的刺激。这种现象说明什么呢?
以上两种自然现象说明植物的根茎叶都是吸收热量的。正是因为根茎叶吸收热量,大批量的植物(或森林)才具有调节气候的作用。
[0039]那么植物的根茎叶为什么会吸收热量呢?要理解这个问题,问题好像复杂了很多,为此,我们先来谈一下热力学第一定律,即能量守恒定律。
[0040]能量守恒定律的基本意义是:能量既不能凭空产生也不能凭空消失,只能从一种状态转移动到另一种状态,从一种物体转移到另一种物体。既然能量不能消失只能转移,那么也可以说,能量在自然界是无限循环的。“水向高处流”实现了水的势能增加(水在高处积累或者蒸发都可以造成水的势能增加)也必然是能量循环的结果,那么“水向高处流”增加的势能是从哪里来的呢?或者说“能量”究竟是哪里循环而来的呢?上边已经分析过了,植物从环境吸收热量调节了气候,植物从环境吸收热量在调节气候的同时又实现了水的势能增加,势能增加可以增加能量储存,并且这种能量储存是有益的能量储存,这种导致水分势能增加的能量循环看上去是一种非常有意义的循环。
[0041]具体分析开来:植物从环境吸收了热量,这热量是从哪里来呢?在热力学上这部分热量也叫内能的一部分,热量实际也是能量,热量来源实际也是能量来源,热量是能量的一个分类项,因此下边叙述经常把热量称为能量。热量来源或者说能量来源之一是太阳辐射使植物叶片蒸发、植物叶片部分与枝干相比较较为干燥,因此通过水分由枝干向叶片的渗透作用实现“水向上流”,使水分子由土壤流向叶片,大量的水分子由于高度增加导致水的势能增加,同时液态水分子蒸发克服水分子之间的作用力,距离增大,变成气态水分子,液态水分子变成气态水分子使水的势能增加,因此可以说水分子的势能来源之一是太阳辐射;热量来源或者说能量来源之二是植物根和茎内的导管组织结构分子与水分子相互作用,导致分子偏向性运动(向上,或向下,有方向性,与无规则热运动相反)从而吸收空气中气体分子的辐射热量或其他物体的辐射热量以及吸收空气中气体分子的热传导热量,这部分热量导致植物茎部水分子的势能增加。
[0042]热量或能量循环本是自然的,是很正常的事情,但是在自然界中,能量的循环又是诡秘的,人们至今都不能完美无缺的定义什么是“能量”,在全世界各国百科全书中,人们对于能量或者对于能量的来源(能源)的定义是有差别的,人们对于能量定义以及能量循环的定义和认识还不是很全面的,因此说目前“能量循环”仍然存在某种诡秘性。正是由于能量循环存在某种诡秘性,人们至今都不能完全揭秘能量所蓄含的所有意义并被完美无缺的正确运用,因而会产生“能源危机”这个名词,也会产生地球气候变化以及伴随的各种自然灾害的频繁发生,这究竟又是为什么呢?
这是因为,在宇宙间能量是守恒的,也是循环的,但是自发的能量循环却是单向的,即所谓热力学所解释的“熵增”方向。要理解能量循环的具体内容就必须理解热力学的基本原理,包括热力学提出的“熵”的概念和“熵增”方向。什么叫做单向或者是“熵增”方向?要理解这个“熵增”方向还得要看热力学第二和第三定律,因为能量守恒定律没有表示热传递的方向或者说能量的变化方向,但是热力学第二定律和第三定律则明确表示了这种传递方向或者叫做能量循环的方向。比如:热力学第二定律明确指出热量只能自发的由温度较高的物体传给温度较低的物体,而不能自发的由温度较低的物体传递给温度较高的物体,除非外力给系统做功而改变这种传递方向。不做功则不可能改变这种传递方向。结合本文上边说的“水”的势能增加,也就是说不做功就不可能导致水的势能增加。而本文说的水向上流就是使水的势能增加,这根本违背了热力学中不做功而使势能增加的状况。这种现象难道真的与人们通常描述的热力学第二定律矛盾吗?要深刻理解这个问题,必须要深刻理解这个历史概念:熵。
[0043]什么是熵,怎样理解“熵”,理解熵这个概念可以分为“定性”的理解和定量的“理解”两种方式方法。
[0044]定性理解可以这么理解:有本书叫《博弈圣经》,这本书中解释说:“熵”就是混沌,就是无序,就是指物质在微观热运动状态时,一种混乱程度的标志。在微观世界里,“熵”是组成系统的大量微观粒子无序度的量度,如果系统越无序、越混乱,熵值就越大。熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律,有下述表述方式:①热量总是从高温物体传到低温物体,不可能作相反的传递而不引起其他的变化功可以全部转化为热,但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功(即无法制造第二类永动机);③在孤立系统中,实际发生的过程总使整个系统的熵值增大,此即熵增原理。
[0045]热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序。我们这个宇宙是熵增的宇宙。热力学第二定律体现的就是这个特征。从历史上看:“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语,他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀,熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说,能量完全均匀地分布,那么,这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来,在一个系统中,如果听任它自然发展,那么,能量差总是倾向于消除的。只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候,能量才能够转化为功,这时,能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方,直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动,你才能从能量得到功。综上所述,物理学中“熵”实际上是指热量与做功之间的关系的一种客观量度,标志热量转化为功的程度。混沌度越大无序程度越大则热转化成功的程度越小。
[0046]定量理解熵的方法就是:熵就是用热量除温度所得的商。通常用符号S表示。在经典热力学中,可用增量定义熵为dS = (dQ/T),式中T为物质的热力学温度;dQ为熵增过程中加入物质的热量。热量dQ由高温(Tl)物体传至低温(T2)物体,高温物体的熵dS I=dQ/T I,低温物体的熵dS2=dQ/T2,把两个物体合起来在一个系统里看,熵的变化是dS = dS2 - dSl > O,即熵是增加的。举例说:以二氧化碳气体为例:当I克二氧化碳气体的温度为Tl=1000°时,向周围温度Τ2=300°的空气排放热量为700焦耳,则 dSl=dQ/Tl=700/1000=0.7,dS2=dQ/T2=700/300=2.333,熵的变化是 dS = dS2 —dSl=2.333-0.7=1.633 > 0,大于零即表示T2物体的熵值是增加的。就是说,在自然界由于温度总是由高温物体传递给低温物体,因而系统的熵在自发状态时永远是增加的,这个只能自发增加不能自发减少的热力学过程就是单方向的,这个方向就是熵增加的方向。
[0047]熵增加的方向使我们人类在消耗能源的过程中,产生的热量不断被排到外界自然环境中,比如在热发电中几乎大于60%的热量变不成电能而不得不热电联产或直接排到外界自然环境中,再比如机动车辆,内燃机的做功效率仅仅大于40%,几乎超过50%的热量无端排放排放到大气环境中,并且内燃机做功的能量最终也变成热量,巨大的热量排放到大气环境中增加了大气的温度。可是,有人说,人类消耗的能源产生的热量相对太阳给予地球的辐射热能来说是渺小的,不足以引起地球的热量变化,这种说法看似有一定的道理,但片面的道理最终总是被证明是错误的。为什么这么说呢?太阳辐射的热量是地球热量的主要来源不假,但是人类消耗能源释放热量的时候往往是在地球的局部而不是均匀遍布在地球的每一个角落,比如城市,人口高度密集,机动车高度密集,生产高度密集导致生产设备高度密集,一个人的功率就是60-100瓦,最大几百瓦,一个汽车的功率是人功率的100-1000倍,生产设备、厂房都是高度耗能的,这样在城市密集区域人类消耗能源所释放的热量已经达到太阳向地面辐射热量的30%,有的局部区域会超过太阳辐射的热量,而太阳对地球的辐射总热量几乎年年如此,几乎没有减少多少,而人类消耗能源的速度还在继续增加,人们生活在岩石圈,本来气温是相对稳定的,春夏秋冬,地质岩层都适应了这种自然变化,但是人类消耗能源产生的热量(熵增加的方向)产生了热效应,热效应不仅使得大气层变暖,地壳温度上升,冰盖融化,大气污染加剧,还由于地壳温度上升,地壳某些硅酸盐材料强度降低,即地球的地壳温度上升一度则地壳地面材料的强度降低(任何材料都存在遇热后强度降低的问题,任何固体材料融化时强度几乎等于零,而地壳温度升高一度则证明约30米厚度地壳由固体变为液体),地壳强度的降低在地球岩浆的冲击下更容易引发地震。这也是近些年地震频发的原因之一。因此。在自然界,在人类居住的地球,熵增现象对能量的循环产生了巨大的负面效应,如果“熵增”现象得不到改变,则人类地球气候的恶性循环变化加剧,自然灾害频发,甚至会像史前几次冰川纪一样造成生物种群毁灭也并非没有可能。因此熵增现象从目前的环境状态分析对地球环境的影响巨大,人们实际迫切需要“熵减”而不是“熵增”,“熵减”也就是人们常说的“负熵”。在自然界,负熵也是存在的,比如植物作为生命存在就是一种有序现象,大批植物存在或“水向上流”现象是一种“负熵”,即“熵减”现象,为什么呢?因为植物不断吸水蒸发和吸水合成体内有机物的过程,就是不断使物体的势能增力口,包括I)水分的高度增加导致势能增加。2)吸收周围大气中不能被人类利用的热量。3)合成有机物吸收水分。4)合成有机物吸收太阳辐射的能量或热量。5)合成的有机物作为还原剂与作为氧化剂的空气中的氧气对应,形成分子对应势能(比如氢气和氧气之间对立,可以认为二者之间存在分子对立或者说是对应势能)。植物这种功能称之为“负熵”,而“水向上流”仅仅改变了水分的储存位置,是一个物理过程,这个物理过程的结果同样熵减少,如吸水到高处的结果没有使系统传递混乱而是更加有序化,势能得到储存而可以更好的利用。因此可以说“水向上流”功能在能源循环过程中不可或缺,是利于地球生命存在或者说是维持人类生存的“正能量”。简单地说,“水向上流”的现象能把水抽到高处,能使水的势能增加,能量增加的同时,吸收了周围的低品味或者是由于“熵增”产生的热量,降低了周围环境的温度,加强了能量在地球的储存,避免了地球气候温度快速上升
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