为什么不用低沸点的液体来制造蒸汽机?
液氧
在1个标准大气压下,30摄氏度就能沸腾的液体是有的,而且有的是。常温下的气体都是符合这样的要求,例如,氧分子的沸点约为零下183度,所以氧分子在30度时就是沸腾的状态,即呈现为气态。再比如,曾经被广泛用于空调制冷剂的氟利昂,其沸点一般只有零下三四十度,所以它在常温常压下会沸腾成为气体。
如果要说在1个标准大气压下,沸点大约为30度的物质,这也是有的。例如,1-戊烯的沸点正好是30度,异戊烷的沸点约为28度。另外,通过混合不同沸点的物质,可以调节出所需沸点的混合物。
那么,这种低沸点的物质能否用来制造“蒸汽机”呢?
不大现实,即便能造出来也没有什么使用价值。传统蒸汽机的原理是用热源加热水产生高压的水蒸气,由此推动活塞运动,之后水蒸气被送入冷凝器中,遇冷凝结为液态水,然后循环使用。
如果用室温下就能沸腾的工质,那么,最开始的时候首先要把工质低温保存,使其呈现为液态。在使用的时候,把低沸点工质释放出来,由此产生高压蒸汽,这确实能够推动活塞运动。然而,低沸点工质此后在室温中无法重新冷凝为液体,所以就无法循环使用,这种蒸汽机是不可持续的。
如果用沸点略高于室温的工质,并且用热源来加热工质,这样的蒸汽机确实能够工作。但事实上,蒸汽机的热效率与工质的沸点没有什么关系。根据热力学中的卡诺定理,热机的最大热效率只取决于低温热源(TC)和高温热源(TH)的温度,两者相差越大,其效率也就越高,反之亦然。
另外,使用水作为蒸汽机的工质有很多优点,因为水非常廉价,而且稳定性又好,安全性高。而如果用其他有机物作为工质,不但成本昂贵,而且它们可能有毒,或者易燃易爆。
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