建築物的科學(六·能量交換)

文摘   2024-08-05 19:00   中国澳门  

宇宙中的能量總和是恆常的,但是它們的形式時刻在變化。許多物理研究持續幾百年,就是為了搞清楚這些能量交換的過程是什麼。舉個例子:太陽中心的重力的能量,轉換成了核能;繼而變成了輻射;這種輻射的能量,從太陽到達地球,進入太陽能電池板,又被轉換成了電能;電能又能夠用來燒水,變成了熱能和動能(冒泡泡)、化學能(水變成蒸汽的物態變化)、聲能(振動可以吹響水壺)。小小的一件事情,如果掰開來看,其中的能量交換可真多!


不同的能量水平,會推動能量的交換。一般來說,能量高的物體會自發把能量傳到能量低的物體上,直到他們兩者達到「平衡」。平衡的時候,他們的能量在同一水平,因此就沒有交換的動力了。老生常談的,是熱能的傳導:熱總是從高溫的東西傳到低溫的東西,而不會反過來傳。將熱水倒進杯子裡,有些熱會傳到陶瓷上,有些傳到空氣上。水會降溫,杯子會升溫。他們的剩餘的熱量又會傳到空氣中,直到所有的這些東西都達到同一個溫度。


能量是怎麼樣傳遞的?取決於他所在的系統。最常見是動能的傳遞,一般是通過碰撞完成。我們在基礎的物理課上都學過小球相撞的題目:兩者相撞,他們的速度和方向都會有所改變,越輕的一方改變就越大。


我們的生活中看到小球相撞可能比較少,但如果你要考慮「分子小球」的話,每秒鐘都有數以億萬計的水分子在碰撞你的牆壁,並且被牆壁彈開!


我們的生活總是難以完美,就像很難有理想的物理模型以及能量交換。能量守恆定律如果要測定,總會發現少一些。那是因為能量趨向於自由,散失,難以捉摸,有一些能量用來發聲,或者摩擦,導致測算的時候總會減少一些。如果我們測算得足夠精確與全面,那麼得到的結果絕對是無限趨近於守恆的。想像一下這個測算的難度——如果用一個球打破一個玻璃窗,球的動能主要轉化成化學能,用於打斷玻璃材料中的化學鍵,使其碎裂。還會有一些能量留在了玻璃窗的裂紋當中,形成應力。還會有一些變成聲音「咣噹」一聲。還會有一些能量被帶出去,變成玻璃碎片四散的動能⋯⋯


因為生活中大多數系統都很複雜,所以我們沒有辦法把每一個能量的碎片都計算清楚,但是能量的轉換路線,我們是能概括出來的,我們也能主動地去影響能量的變化。


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一個很無聊的公眾號。
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