紫馨的来历,温差产生的压力( 二 )

峻熙 (峻:高大威猛;熙:前途一片光明)
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温差产生的压力

文章插图
压力和温度
—— 物理学革命之十二 ——
王紫馨（方悟） 2006.3.25
热胀冷缩是普遍现象，只有个别条件下例外。一个容器中的气体或液体会对容器壁产生压力，如果该容器是密封的，容器内的物质受热后膨胀，压力会加大，高温能够产生高压。物体的质量也产生压力，它实际是重力作用表现，所以压力的产生有两个原因。认为高温产生高压，反过来高压处必定是高温则是一种错误认识，因为重力并不与温度成正比关系，凡涉及重力产生的压力问题需与温度压力分开认识，大量事实都证实了这一点。
锻压一个大型钢件，一般需先把钢锭烧红再放到水压机下压出所需形状，万吨水压机也不能使钢锭自动升温便于锻压。
大气层是上下两头的温度高中间温度低。地面空气温度高不是因为压力大，而是太阳光在地面受到反射、折射与吸收，太阳能转变为热能（太阳能实际就是热能，只不过空气对它的吸收能力差，地面物体吸收太阳能后，又把它传导给地表空气），电离层的热量则来自气体原子裂变释放的能量。
海洋是最好例证。海水深度每增加100m，压力就会增加10个大气压，深潜器在万米洋底将承受1000个大气压。世界上大洋最深处是位于北太平洋西部马里亚纳群岛以东的马里亚纳海沟，延伸2550公里，平均宽69公里，借助“回声测探仪”，前苏联调查船曾测到11034米的深度记录。我们知道水在4℃时密度最大，所以除了海底火山带外的大部分深海海底的温度都在4℃左右，1100个大气压也不能使它升高1度。这个事实虽不能给压力高温说任何帮助，却能帮助人类开发“温差能发电技术” 。温差能发电就是利用海洋表层热水和深层冷水之间的温度差来发电。其方法是，用海洋表面38 C左右的热水将低沸点的工作液体(如氟里昂)化为蒸汽推动涡轮机带动发电机，用过的蒸汽则借从深海抽取上来的4 C左右的冷水予以冷却、液化，然后让它再变为蒸汽推动机器，如此循环，不断发电。现代海洋开发的一个重要内容是天然气水合物的开采。天然气水合物（gas hydrate）是一种白色固体结晶物质，外形像冰，有极强的燃烧力，可作为上等能源，俗称为"可燃冰" 。天然气水合物由水分子和燃气分子构戚，外层是水分子格架，核心是燃气分子。燃气分子可以是低烃分子、一氧化碳或硫化氢，但绝大多数是低烃类的甲烷分子（C4H），所以天然气水合物往往称之为甲烷水合物（methane hydrate）。据理论计算，1m3的天然气水合物可释放出164m3的甲烷气和0.8m3的水。这种固体水合物只能存在于一定的温度和压力条件下，它要求温度低于10℃，压力高于10MPa，一旦温度升高或压力降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。天然气水合物分布于深水的海底沉积物中或寒冷的永冻土中。埋藏在海底沉积物中的天然气水合物要求该处海底的水深大于300-500m，依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态。天然气水合物被认为是21世纪具有巨大商业开采潜力的新型洁净能源。2002年春季，日本在加拿大西北部的开采试验已获成功。一口深1200m的井钻到天然气水合物矿层，往钻井注入有化学溶剂的温水后，天然气水合物中的甲烷便溶解在温水中，然后加以提取。
现在人们在沿海种藻，深海牧鱼，并用深层海水来提高浅层海水的营养(因为水深超过数百米的海水或深层水水温低，含有丰富的有机物、污染物质少) 。大洋中，海水是按温度和密度呈梯级分布的（地球大气层也是按密度分布的，现在对大气构成的说明只适用于地表，氮、氧、二氧化碳等气体密度较大，集中于大气下层，距地表愈远，其构成变化愈大，电离层中的等离子体多为氢离子），南极大陆周围生成的冷水因密度大而下沉，然后向北蔓延构成太平洋大部分底层，深层冷水自南极洲附近向北流往日本形成深海环流。