“我们平日里用的温度计,就是靠这个原理做的。”
他抬手比划着温度计的形状,
“选水银、酒精这些物质当‘测温员’,它们受热会膨胀、遇冷会收缩,液柱的高低就能反映温度。
但问题来了,用水银测和用酒精测,数值可能有点差别,这就是经验温标的相对性。
根据能量守约之契,不管用什么物质测,数值都一样,这才算是把温度的标准定准了,我们现在才能知道气候温差。”
讲到这儿,朱有建停下笔,笑着问:
“有没有人想问,为啥理想气体能当温标的标准?”
台下立刻有人举手,一个年轻工匠大声问:
“陛下,理想气体是啥?
咱们工坊里有吗?”
朱有建耐心解释:
“理想气体是咱们假设的一种气体,它的粒子没体积、之间没作用力,现实里没有,但咱们能通过守契公式算出来它的状态变化……”
他结合工坊里的气泵举例,把抽象的概念拆解得明明白白。
之后又接着讲热学里的“系统与外界”——
比如一杯水是“系统”,火和空气就是“外界”;
“平衡态与非平衡态”——
水凉透了是平衡态,刚加热时一边热一边凉就是非平衡态。
台下提问声不断,朱有建都一一解答,整个学堂里没有半点沉闷,众人盯着写字板上的公式和例子,眼里满是琢磨的光,连站在最后排的工匠都忘了累,只顾着把新学的知识记在心里。
朱有建的周训演讲,没绕复杂理论,一开场就从《乾坤圣德经》天变篇里“热气上升、冷气下沉”的基础原理说起——
他抬手比划着,
“大家冬天烤火时,总觉得上头热、脚边凉,这就是热气往上跑、冷气往下沉的缘故”,
先把最直观的热对流现象摆出来,让在场不管是读书人还是工匠,都能快速理解。
接着他话锋一转,把话题落到生活里随处可见的热水与冷水上:
“大家都知道,阳光照在身上会发热,照在水缸里也能把水晒热。
水一热,就会顺着‘热升’的原理往上走;
热水上去了,旁边没晒到的冷水自然会补过来,这样一来一回,就形成了自然循环——
就像河里的水,冷的往热的地方流,热的往上面飘。”
他往前半步,进一步拆解这循环的用处:
“要是我们给这套循环加个‘容器’——
比如一个能装水的大桶当储存罐,再用一根管子把罐体首尾连接,当管内水被晒热,就会上行入罐;
空出来的管子,就会填充罐子里的冷水,罐里的冷水和晒热的热水就会不断置换,最后整个储罐里的水都会变热。
但这种自然循环的效率太低,晒半天水也温不热,想让它快起来,得从三个地方改进。”
随后他拿起墨笔,在写字板上列着改进思路,逐条讲清:
一、用集成管提升吸热效率:
“别用稀缺的铜管,也别用成本太高的金银管,就选工坊里常见的铁管、铝管、钢管——
这些管材吸热性好,还容易弄到。
把它们并排扎成一束,像梳子齿似的集中排布,最大化接触阳光的面积,晒一炷香的时间,管里的水就能热起来。”
二、靠簧片结构板锁温:
“在集成管外面裹一层铝钢材质的簧片结构板,既当隔热层又当保温层——
一来能防止管内的热量散得太快,冬天风一吹也不怕凉;
二来铝钢本身能吸热,还能把热量传给管子,让管里的冷水更快变热,等于给管子‘加了把火’。”
三、借循环加速升温:
“把装热水的储罐架得比集成管高,热水管里的水一热就顺着管子往上流进储罐,储罐里的冷水同时顺着另一根管子往下,填补空管的位置,不用等冷水慢慢挪,对流循环能快一倍,水自然热得更快。”
最后他放下墨笔,给出了能直接用的完整方案:
“把这套集成管和储罐装在屋顶朝阳的地方,早上太阳出来就开始晒,傍晚就能有一罐热水。
家里人多就做个大罐,人少就做个小罐——
这样一来,日常洗脸、洗澡用的热水就全有了,不用再费劲烧柴煮水。”
一番话下来,把太阳能热水器的原理讲得通俗透彻,既没脱离《乾坤圣德经》的理论根基,又能直接落地到老百姓的生活里,听得台下人频频点头。
讲完理论,朱有建又拿起墨笔,在写字板上画起结构图形:
左边画个圆代表储罐,标上“冷水进”“热水出”;
右边画一排竖线代表集成管,用箭头标出冷水往下、热水往上的流向,连管子的缠绕方式都画得明明白白。
原本抽象的原理,跟着图形一下子变得直观起来,台下众人看一眼图,再回想刚才的讲解,没多久就彻底理解了——
后排的工匠甚至已经在琢磨,回去怎么用自家屋顶试试做一个。
等大家休息片刻,记图纸的把要点补全,交头接耳讨论的也渐渐安静下来,朱有建话锋一转,开始阐述雨云的形成——
虽说如今大明各处的干旱,靠增雨弹和蓄水塘已经有效缓解,但“雨云到底怎么来的”,朝野上下还没有一个确切的说法,正好借今天讲热循环的机会,把这事彻底讲透。
他依旧从大家熟悉的原理切入,没绕半分弯:
“其实这雨云的形成,和咱们刚才说的太阳能热水器热循环有点像。
首先是阳光照着江河湖泊,水里的分子受热变活跃,变成热气往天上飘,这些热气里带着大量水汽,就是咱们平时说的‘热汽蒸腾’——
夏天早上看池塘冒白雾,就是这道理。
咱们平时觉得地里的土壤变干,也不是水凭空没了,其实是土壤里的水汽被太阳晒得蒸发上升了。”
接着他伸手比划着“水汽变云”的过程,说得更细:
“水汽要变成云,关键得有‘风’帮忙——
高空中的风比地面冷得多,上升的暖水汽一碰到冷风,就像热汤遇着冰,立刻凝结成细小的水雾。