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                                  1公斤煤比1公斤紙燃燒剩下的灰燼重,但為什么煤產生的熱量比紙多?這些熱量從何而來?

                                  作者:機械網 米面機械 2022-09-30 05:53:44 公斤   煤比   1公斤   燃燒   剩下   灰燼   為什么   什么   產生   產生的   熱量   量比   這些   而來

                                    

                                  1公斤煤比1公斤紙燃燒剩下的灰燼重,但為什么煤產生的熱量比紙多?這些熱量從何而來?

                                    

                                  1公斤煤比1公斤紙燃燒剩下的灰燼重,但為什么煤產生的熱量比紙多?這些熱量從何而來?

                                    

                                  1公斤煤比1公斤紙燃燒剩下的灰燼重,但為什么煤產生的熱量比紙多?這些熱量從何而來?

                                    簡單來說,煤炭的熱值或者說燃燒值高于紙,標準煤的燃燒值為2.93×10^7焦耳/千克(即7000千卡/焦耳),而普通紙的燃燒值約為1.35×10^7焦耳/千克。因此,同樣燃燒一公斤,標準煤所釋放出的能量大約是紙的2倍。

                                    從化學角度來看,物質的燃燒是氧化還原反應,化學鍵會發生重組,不穩定并且內能較高、鍵能較低的物質將會轉變為穩定并且內能較低、鍵能較高的物質,由此會釋放出能量。如果要說這些化學燃料的熱量來源,它們最初都是來自于地球上的有機物,而有機物直接或者間接地從太陽那里獲得能量,所以太陽能是最初的能量之源。

                                    另外,同樣質量的核燃料發生核反應所放出的能量要遠高于化學燃燒。燃燒是化學能,其能量釋放非常有限。而核反應是核能,其能量來自于質能轉換,只要一點點的質量轉換成能量,就能釋放出巨大的能量。例如,一公斤鈾-235發生核裂變反應所釋放出的能量可達8.21×10^13焦耳,這相當于2800噸的標準煤燃燒之后所產生的能量。

                                    但與核聚變反應相比,核裂變反應的質能轉換效率相對較低,核聚變的效率是核裂變的四倍,太陽以及其他恒星的能量來源就是氫核聚變。

                                    用科學的方法解釋,就是煤的熱值比紙高;用通俗的方法解釋,就是紙的成分已經含有一部分氧元素。

                                    化學反應的能量來自化學鍵,重構化學鍵的過程伴隨著吸熱或者放熱現象,燃燒的放熱量就是熱值。

                                    燃燒是氧化反應,也就是元素與氧的結合。碳可以先結合一部分氧氣生成一氧化碳釋放熱量,一氧化碳再結合氧氣生成二氧化碳繼續釋放熱量。這兩個過程釋放的熱量總和,等于碳直接生成二氧化碳釋放的熱量。

                                    紙的原料是纖維素,也叫“碳水化合物”,包含碳氫氧三種元素。因為其中已經包含氧元素,可以通俗地理解成“紙已經燃燒了一部分”。煤相當于碳,而紙相當于中間產物一氧化碳,所以燃燒煤釋放的熱量比紙多。

                                    簡單的說,成分不同,不可比。煤就是碳,C,燃燒全都生成二氧化碳。纖維素是多糖類,所含碳元素已經有一部分與氧成鍵了,只剩一部分能成新的碳氧鍵,因此兩者相比,煤生成更多碳氧鍵,就放出更多的熱,熱值也就更高。

                                    有人說,燃燒反應是電子得失,熱核反應是質能轉換。就能量守恒,這個說法是不相容的。

                                    空口說白話,不行。分析它們的反應方程式,然后適當加計算,可以了解一個大致。

                                    ①干木柴 1.2×10? ,②煙煤 2.9×10?, ③無煙煤 3.4×10?,④ 焦炭 3.0×10?, ⑤木炭 3.4×10? ,⑥酒精 3.0×10?,⑦柴油 3.3×10?,⑧ 煤油 4.6×10? ,⑨汽油 4.7×10?,⑩ 氫 1.4×10?。

                                    干木柴或紙張,可以看成纖維素。木炭與無煙煤,可以近似作為碳,符合題意。纖維素分子式為(C?H??O?)?,碳晶體分子式簡寫成C?。

                                    纖維素的分子質量:m=162×1.66e-27=2.7×10?2?[kg]。

                                    1千克纖維素的分子數:n=3.7×102?個,1個分子燃燒值:Q=3.24×10?1?[J]=2eV。

                                    1個纖維素分子的燃燒反應方程式,可以寫成:C?H??O?+6O?=6CO?+5H?O+Q(3.24×10?1?J)。

                                    這是一個分解反應。左右兩邊的質量守恒,但能量不守恒。那么這個多出的Q從何而來?

                                    顯然,纖維素分子中的氫原子與碳原子之間的氫鍵(H-bond)斷裂,結合能Eb被釋放出來。

                                    結合能Eb一部分供給CO?與H?O的結合能,一部分釋放為熱能Q。因此能量也是守恒的。

                                    氫鍵是什么?應該是氫原子活潑的價電子與碳原子的價電子之間的交聯。

                                    那么,幾個價電子相互交聯,為什么具有很強的吸引力呢?是什么介質承載了這個結合能?

                                    根據愛派量子論,電子屬于德布魯伊物質波,是激發真空引力場的光子介質的移動波源。

                                    假設,1個價電子的1次震蕩動能激出發第1波陣面的1個光子動能,有:Ek=?mv2=hc/λ。

                                    該光子的波長:λ=2hc/mv2...(1)。假定1個光子的固有質量規定為1個電子質量,對應的真空場引力:F=mc2/r...(2),光子半徑:r=λ/2π。

                                    將(1)代入(2):F=GEk (=?mv2)...(3),規定光子引力常數為:G=πcm/h=1.29×1012...(4)。

                                    公式(3)的物理意義:價電子震蕩速度少許加快,原子或分子內空間的場引力顯著加大。

                                    C-H的價電子,由于受到碳原子與氫原子的疊加作用,震蕩速度大于氫電子震蕩速度。

                                    可見,方程左邊的纖維素分子內的光子數及其承載的總能量=方程右邊的光子數與總能量。

                                    其燃燒反應方程:C+O?=CO?+Q。其中,1個碳原子分攤的燃燒值Q可估算如下。

                                    1kg碳原子的燃燒值為3×10?J,1個碳原子質量:m=12×1.66×10?2?=2×10?2?[kg],1kg碳原子個數n=1÷m=5×102?個,1個碳原子的燃燒值:Q=3×10?÷5×102?=6×10?1?[J]。

                                    C-C共價鍵之價電子的震蕩速度,由于有較多核子引力場的疊加作用,明顯大于C-H之氫鍵。進而其燃燒反應所釋放的結合能要大得多,為3÷1.2=2.5倍。

                                    方程兩邊的質量與能量守恒的原理,與纖維素燃燒反應的原理是同一個邏輯,不再贅述。

                                    以下是筆者早先時候在頭條發表的內容摘要,此次稍加整理,分享如下。

                                    例1:氘+氚→?氦+中子,能量守恒!

                                    D(pn)+T(pnn)→He(pnpn,3.52)+n(14.06)

                                    在高溫壓下,首先是氚原子發生核裂變,分裂出1個中子,同時相應的釋放氚原子的結合能3.52+14.06=17.58MeV的總結合能,然后發生核聚變。能量分配:3.52MeV是氦核的結合能,14.06MeV是核反應的放熱能。 顯然:方程兩邊的質量與能量分別守恒。

                                    例2:氘+氘→氚+質子,能量守恒!

                                    D(pn)+D(pn)→T(pnn,1.01)+p(3.03)

                                    在高溫壓下,首先是氘原子發生核裂變,分裂出1個質子,同時相應的釋放氚原子的結合能1.01+3.03=4.04MeV的總結合能,然后發生核聚變。能量分配:1.01MeV是氚原子的結合能,3.03MeV是核反應的放熱能。 顯然:方程兩邊的質量與能量分別守恒。

                                    例3:氘+氘→3氚+中子,能量守恒!

                                    D(pn)+D(pn)→3He(ppn,0.82)+n(2.45)

                                    在高溫壓下,首先是氚原子發生核裂變,分裂出1個中子,同時相應的釋放氚原子的結合能0.82+2.45=3.27MeV的總結合能,然后發生核聚變。能量分配:0.82MeV是氦3的結合能,2.45MeV是核反應的放熱能。 顯然:方程兩邊的質量與能量分別守恒。

                                    例4:氘+3氦→?氦+質子,能量守恒!

                                    D(pn)+3He(ppn)→He(pnpn,3.67)+p(14.6 ) 在高溫壓下,首先是氚原子發生核裂變,分裂出1個質子,同時相應的釋放氚原子的結合能3.67+14.6=18.27MeV的能量,然后發生核聚變。

                                    能量分配:3.67MeV是氦核的結合能。14.6 MeV 是核反應的放熱能。 顯然:方程兩邊的質量與能量分別守恒。

                                    結論: 在高溫壓條件下,核聚變反應,總是存在: 首先是1個反應物進行核裂變,釋放1個核子,同時釋放該反應物的結合能。 然后進行核聚變。所釋放的總結合能,一部分作為新原子核的結合能,另一部分作為核聚變所釋放的核反應能。

                                    由此可見,核反應方程的左右兩邊的質量與能量分別守恒,不存在所謂的質能轉換。

                                    由于洛倫茲變換因子是假定光子是波源發射出來的,而實際是場介質固有的,因此構造函數γ=1/√(1-v2/c2)是不成立的,進而質能轉換方程E=mc2也不成立。

                                    好了,本答stop here。請關注物理新視野,共同切磋物理邏輯與中英雙語的疑難問題。

                                    熱值跟灰有啥關系?

                                    它們燃燒產生熱量主要靠碳C+氧氣O2反應生成二氣化碳CO2,所以我們看同樣重量的煤碳和紙的含碳元素量對比……

                                    煤炭的主要成分就是碳!紙張成份是有機物……里面占一半重量的是氧、不會燃燒產生熱能!

                                    所以:相同重量的煤炭比紙張燃燒熱能高多了……

                                  版權聲明

                                  文章來源于網絡,如有侵權請與我們聯系。

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