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基于“自由能”,可擴(kuò)展出哪些技術(shù)?

2020/01/19
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“自由能”的概念在物理中是對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能的描述,它可以用于對(duì)外做功,包括有 Gibbs、Helmholtz 以及 Landau 自由能等定義。對(duì)于其它大多數(shù)人來說自由能的概念就像野蜂飛舞的世界非常凌亂和模糊。

利用自由能發(fā)電會(huì)涉及到很多發(fā)明家所做的一些令人難以理解、充滿神秘的事情;有時(shí)它代表已經(jīng)被廢棄的“永動(dòng)機(jī)”;有的時(shí)候它代表一種可以從自然界中可以免費(fèi)、或者很便宜就可以獲得的能源,比如熟悉的風(fēng)能、太陽能等;有時(shí)它表示水變油技術(shù),磁鐵發(fā)電技術(shù),或者地球運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱技術(shù)等等。
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最早的自由能的概念是從上上個(gè)世紀(jì)末產(chǎn)生的。在 1880 年年末,貿(mào)易雜志電氣科學(xué)版發(fā)表文章預(yù)測(cè)在不久的將來會(huì)出現(xiàn)自由電能,關(guān)于電能的神奇發(fā)現(xiàn)變得無處不在。Nikola Tesla 展示了通過高頻電磁場(chǎng)可以點(diǎn)亮燈泡,對(duì)此人們對(duì)前所未有現(xiàn)象充滿了激動(dòng)人心的想象。

之后的 20 年內(nèi),出現(xiàn)了汽車、飛機(jī)、電影、錄音機(jī)、電話機(jī)、收音機(jī)以及照相機(jī)等,從維克多利亞時(shí)代走過的的人類開始置身于各種新奇事物。

普通人第一次都可以展望來烏托邦似的美好未來,人們可以自由使用交通、通信、房屋以及自己喜歡的工作,每個(gè)人都可以對(duì)未來分得一塊蛋糕。

但真實(shí)世界是什么樣子?在科技爆炸的今天,自由電能出現(xiàn)了嗎?對(duì)于自由電能興奮的預(yù)測(cè)被真實(shí)科學(xué)證實(shí)了嗎?

這個(gè)問題的答案是否的的,沒有免費(fèi)可用的自由能。只是隨著技術(shù)的進(jìn)步,人們獲得電能的成本變得越來越低了。

現(xiàn)在的一些“自由能技術(shù)”新發(fā)現(xiàn)大都采用了一種新的迷惑人的形式,它們聲稱可以不使用能量,或者使用很少的能量就可以獲得更大的能量輸出,包括但不限于以下幾大類技術(shù):

(1)輻射能量:這類自由能技術(shù)聲稱可以從周圍環(huán)境中通過所謂的“蒸餾分離”技術(shù)來獲得這類輻射能源;有的方案稱可以收割真空中量子漲落的自由能量。

(2)永磁發(fā)電技術(shù):這類自由能技術(shù)核心就是通過永磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在線圈里產(chǎn)生多于驅(qū)動(dòng)永磁鐵運(yùn)動(dòng)的電能,或者在金屬內(nèi)通過渦流產(chǎn)生更多的熱量。

(3)機(jī)械加熱器:在液體中運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)受到阻尼力,進(jìn)而會(huì)對(duì)液體做功。這部分的做工能量轉(zhuǎn)化成液體的熱能。這類自由能技術(shù)聲稱通過特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械裝置,可以在液體中產(chǎn)生比輸入的機(jī)械能多出十倍以上的熱能,基于此可以無窮放大能量。

(4)高效電解技術(shù):水可以通過電解分解成氫氣和氧氣。氫氣和氧氣化合之后會(huì)產(chǎn)生電能或者熱能。這類自由能技術(shù)往往是通過增加一些神秘的電解質(zhì)或者催化劑,可以提高水分解的效率,使得分解所使用的能量低于氫氣和氧氣重新燃燒所發(fā)出的能量。

(5)旋渦能:現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)大都 依靠燃料燃燒所產(chǎn)生高壓推動(dòng)活塞或者扇葉做功產(chǎn)生能量,自然界中也存在低壓做功的形式,就像颶風(fēng) ,通過低壓或者真空的吸附作用做功。于是就產(chǎn)生了一大類聲稱可以利用旋渦能量發(fā)電技術(shù),在不需要消耗燃料的情況下發(fā)電。

(6)冷聚變技術(shù):始作俑者是在 1989 年兩位來自美國 Utah 大學(xué)的化學(xué)家聲稱在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了核聚變。雖然六個(gè)月后被證實(shí)是虛假的,但這個(gè)思想點(diǎn)燃了很多以此開發(fā)自由能量的技術(shù)想法。

(7)太陽能高效熱泵:普通的家用冰箱的制冷能效比可以達(dá)到 3 以上,即消耗一份的電能,可以將三分以上的熱能從制冷室轉(zhuǎn)移到環(huán)境中。在某些利用太陽能熱轉(zhuǎn)換器方案中,可以將制熱能效提高到 8 到 10 倍??此七@其中存在能量放大,但只是能量在不同形式之間轉(zhuǎn)移,并不代表可以用于做功的能量變大了。

人類社會(huì)的發(fā)展對(duì)于能源,特別是清潔、低廉的能源需求是迫切和巨大的,一代又一代的科學(xué)家在為此做著不斷的努力,包括利用熱核聚變?cè)趦?nèi)的很多技術(shù)在逐步得到提高。但像前面視頻中的所謂的自由能發(fā)電的技術(shù)并不是與其所顯示的那樣的效果,可以權(quán)且將它們看成可以用于娛樂的魔術(shù)吧。

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公眾號(hào)TsinghuaJoking主筆。清華大學(xué)自動(dòng)化系教師,研究興趣范圍包括自動(dòng)控制、智能信息處理、嵌入式電子系統(tǒng)等。全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽秘書處主任,技術(shù)組組長,網(wǎng)稱“卓大大”。