溫差產(chǎn)生的壓力

【專家解說】：壓力和溫度 —— 物理學(xué)革命之十二 —— 王紫馨（方悟） 2006.3.25 熱脹冷縮是普遍現(xiàn)象，只有個別條件下例外。一個容器中的氣體或液體會對容器壁產(chǎn)生壓力，如果該容器是密封的，容器內(nèi)的物質(zhì)受熱后膨脹，壓力會加大，高溫能夠產(chǎn)生高壓。物體的質(zhì)量也產(chǎn)生壓力，它實際是重力作用表現(xiàn)，所以壓力的產(chǎn)生有兩個原因。認為高溫產(chǎn)生高壓，反過來高壓處必定是高溫則是一種錯誤認識，因為重力并不與溫度成正比關(guān)系，凡涉及重力產(chǎn)生的壓力問題需與溫度壓力分開認識，大量事實都證實了這一點。 鍛壓一個大型鋼件，一般需先把鋼錠燒紅再放到水壓機下壓出所需形狀，萬噸水壓機也不能使鋼錠自動升溫便于鍛壓。 大氣層是上下兩頭的溫度高中間溫度低。地面空氣溫度高不是因為壓力大，而是太陽光在地面受到反射、折射與吸收，太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ㄌ柲軐嶋H就是熱能，只不過空氣對它的吸收能力差，地面物體吸收太陽能后，又把它傳導(dǎo)給地表空氣），電離層的熱量則來自氣體原子裂變釋放的能量。 海洋是最好例證。海水深度每增加100m，壓力就會增加10個大氣壓，深潛器在萬米洋底將承受1000個大氣壓。世界上大洋最深處是位于北太平洋西部馬里亞納群島以東的馬里亞納海溝，延伸2550公里，平均寬69公里，借助“回聲測探儀”，前蘇聯(lián)調(diào)查船曾測到11034米的深度記錄。我們知道水在4℃時密度最大，所以除了海底火山帶外的大部分深海海底的溫度都在4℃左右，1100個大氣壓也不能使它升高1度。這個事實雖不能給壓力高溫說任何幫助，卻能幫助人類開發(fā)“溫差能發(fā)電技術(shù)”。溫差能發(fā)電就是利用海洋表層熱水和深層冷水之間的溫度差來發(fā)電。其方法是，用海洋表面38 C左右的熱水將低沸點的工作液體(如氟里昂)化為蒸汽推動渦輪機帶動發(fā)電機，用過的蒸汽則借從深海抽取上來的4 C左右的冷水予以冷卻、液化，然后讓它再變?yōu)檎羝苿訖C器，如此循環(huán)，不斷發(fā)電?，F(xiàn)代海洋開發(fā)的一個重要內(nèi)容是天然氣水合物的開采。天然氣水合物（gas hydrate）是一種白色固體結(jié)晶物質(zhì)，外形像冰，有極強的燃燒力，可作為上等能源，俗稱為"可燃冰"。天然氣水合物由水分子和燃氣分子構(gòu)戚，外層是水分子格架，核心是燃氣分子。燃氣分子可以是低烴分子、一氧化碳或硫化氫，但絕大多數(shù)是低烴類的甲烷分子（C4H），所以天然氣水合物往往稱之為甲烷水合物（methane hydrate）。據(jù)理論計算，1m3的天然氣水合物可釋放出164m3的甲烷氣和0.8m3的水。這種固體水合物只能存在于一定的溫度和壓力條件下，它要求溫度低于10℃，壓力高于10MPa，一旦溫度升高或壓力降低，甲烷氣則會逸出，固體水合物便趨于崩解。天然氣水合物分布于深水的海底沉積物中或寒冷的永凍土中。埋藏在海底沉積物中的天然氣水合物要求該處海底的水深大于300-500m，依賴巨厚水層的壓力來維持其固體狀態(tài)。天然氣水合物被認為是21世紀具有巨大商業(yè)開采潛力的新型潔凈能源。2002年春季，日本在加拿大西北部的開采試驗已獲成功。一口深1200m的井鉆到天然氣水合物礦層，往鉆井注入有化學(xué)溶劑的溫水后，天然氣水合物中的甲烷便溶解在溫水中，然后加以提取。 現(xiàn)在人們在沿海種藻，深海牧魚，并用深層海水來提高淺層海水的營養(yǎng)(因為水深超過數(shù)百米的海水或深層水水溫低，含有豐富的有機物、污染物質(zhì)少)。大洋中，海水是按溫度和密度呈梯級分布的（地球大氣層也是按密度分布的，現(xiàn)在對大氣構(gòu)成的說明只適用于地表，氮、氧、二氧化碳等氣體密度較大，集中于大氣下層，距地表愈遠，其構(gòu)成變化愈大，電離層中的等離子體多為氫離子），南極大陸周圍生成的冷水因密度大而下沉，然后向北蔓延構(gòu)成太平洋大部分底層，深層冷水自南極洲附近向北流往日本形成深海環(huán)流。 高壓產(chǎn)生高溫的誤識來自對地?zé)岬恼J識，人們誤以為地下熱能來自上層物質(zhì)的重力作用，他們錯誤地解釋了地?zé)岣础Ｎ覀兌贾赖貧ぶ碌蒯Ｉ蠈哟嬖谝粋€軟流層，那是巖漿的發(fā)源地，其溫度在2000℃-3000℃，通過火山噴發(fā)出來時還有一千多度，淺層地?zé)岫紒碜陨顚訋r漿熱能的傳導(dǎo)。巖石融化為巖漿，非因壓力大，而是軟流層下正是放射性重元素的家。當(dāng)?shù)厍蚺蛎洠饬ο嗷プ饔脤⒌蒯?、地殼向外推出時，使放射性重元素進入輕元素能級軌道，它就以裂變方式來適應(yīng)這個變化，裂變能才是軟流層及一切地?zé)岬膩碓?。地下熱能源于裂變的觀點也是國際地學(xué)界許多科學(xué)家的認識，去年我專為此發(fā)過一文《地心有個反應(yīng)堆》，介紹了美國能源部橡樹嶺實驗室科學(xué)家的觀測實驗結(jié)論，它可以解釋軟流層何以只存在于地幔上層，而為什么其下仍為固體的問題。 人們完全可以做做靜壓力加壓試驗，必須避免加熱，看看高壓下的物質(zhì)到底會不會升溫，據(jù)我所知，科學(xué)界沒有做過此類試驗，那么憑什么說高壓會產(chǎn)生高溫？ 人們對溫度與壓力的錯誤認識導(dǎo)致了更多的認識錯誤產(chǎn)生，例如大爆炸說的奇點上壓力無限大因而溫度無限高、天體內(nèi)部壓力大所以溫度高等都與此相關(guān)。違背自然邏輯的偽科學(xué)能暢行無阻，全在于人習(xí)慣憑想當(dāng)然看問題，什么時候我們才能更尊重事實而不是瞎猜測呢？