在人类存在的过程中,最重要的增长催化剂是我们从世界汲取能量的能力。驯服火焰孕育了现代人类,利用风的力量使早期的探险家得以周游世界,但今天我们将探索人类最伟大的发明之一 蒸汽机背后的历史和科学。
蒸汽机的发展彻底改变了我们的社会。它为贸易开辟了新途径,大批农村人口向新工业化城市迁移。但我发现最吸引人的是它的发展历程。
这是最早的实用蒸汽机之一,它被用来抽水,效率非常低。这台机器不会引发任何工业革命,但在煤炭开采中发挥了巨大的作用。为了探究为什么蒸汽机会如此低效,让我们先谈谈它是如何工作的。发动机将储存在煤中的能量转化为热能。,然后这些热量被用来形成蒸汽,蒸汽膨胀,活塞缸压力增大,活塞升上去。这里没有其他机械功,因为链条只能在拉力下传递力。当冷水被喷到气缸里时,就会发生功率冲程。温度降低,压力下降。大气压现在把活塞压下来。
我们想要量化这个引擎循环做了多少功。为了做到这一点,我们画出活塞汽缸内的压力和体积。里面的面积是所做的功,这是理想的PV图。但在实践中,有更多的能量被浪费。我们损失了很大一部分能量,环境也消耗了大量的能量,这可以通过热成像清晰地看到。