回到秦朝能发电么?

作者: sym

来源: 中科院物理所

发布日期: 2016-07-15 10:36:04

文章讨论了关于物理学的一些常见问题,包括永动机、物体下落速度、古代发电可能性等,并详细解释了这些现象背后的物理原理。

回到秦朝能发电么?我们专栏正在谋划着做一两期特刊,用很长篇幅的答案来详细回答那些一直拖着没回答的“大问题”。弥补目前的一些空白。或者写一个小的专题,比如量子纠缠,双生子佯谬,薛定谔的猫,以及某个学科(比如经典力学,热力学等)的理论结构,物理学史等等等等。欢迎大家在留言中告诉我们你最想了解的内容是什么?

对于行星绕恒星做圆周运动难道不算是永动机吗?

永动机分两种,第一种指不用从外界吸取能量并能源源不断地对外界做功的机器,叫做第一类永动机。第二种指可以源源不断地从单一热源吸取能量全部转换为功而不产生任何别的变化的机器,叫做第二类永动机。它们分别违背热力学第一定律(能量守恒)和热力学第二定律(熵增原理),实际上是不能造出来的。

所以做圆周运动的行星也好,做布朗运动的花粉粒也好,原子核外的电子也好,它们都“永动”,但它们都不是热力学中讨论那个的“永动机”。

在生活中注意到似乎比较大的物体,如人、老虎之类的从高出下落会摔死,而蚂蚁、蟑螂之类的小动物却似乎多高都不会摔死,请问这是为什么?这个问题很好,分两部分说。第一部分叫空气阻力和终止速度。

在空气中自由下落的物体的速度并不会一直增加,当空气阻力等于重力时,物体就做匀速下落运动了。这时候的速度叫做终止速度。一个物体受到的重力大小更它的体积,也就是线度的立方,成正比,一个物体的空气阻力大致与速度跟截面积(线度的平方)的乘积成正比。空气阻力等于重力,我们立即就得到一个结论,终止速度与线度成正比。也就是越大的物体终止速度越大。

穿越回古代(比如秦朝)能发电么?

为了这个问题专门跑去翻《史记》,真实太为难理科生了。首先,秦朝的青铜冶炼技术已经非常成熟。而生铁冶炼技术起于春秋后期,西汉开始大范围应用,秦朝的冶铁技术就算没有成熟也不会差到哪里去。这样我们就有了两种电化学活性不同的金属,青铜和铁,理论上就有了制造原电池的可能性。不过由于铁和铜的电化学活性差得不是特别多加上铁中杂质多,青铜中又掺有少量锡。因此这个原电池的效率必定是极差的。

当然光有金属电极还不行,还要有酸和盐组成的电解液。这在秦朝还真不定有。因为常见的酸性植物,番茄啊柠檬啊那时都还没引进。唯一本地产的柑橘又在南方,而中国的南方大开发还要等到三国和南北朝。好在查了下发现“橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳”这句话原来出自《晏子春秋·内篇杂下》。而且顺手还发现了原来春秋时期我们就已经有醋了!所以酸液也有了~因此虽然电灯泡是完全没有机会造出来的,不过电池可能真的能造出来哦~

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