是否有30度就沸騰的液體?它們能被用來製造蒸汽機嗎?

2020-12-06 火星科普
液氧

在1個標準大氣壓下,30攝氏度就能沸騰的液體是有的,而且有的是。常溫下的氣體都是符合這樣的要求,例如,氧分子的沸點約為零下183度,所以氧分子在30度時就是沸騰的狀態,即呈現為氣態。再比如,曾經被廣泛用於空調製冷劑的氟利昂,其沸點一般只有零下三四十度,所以它在常溫常壓下會沸騰成為氣體。

如果要說在1個標準大氣壓下,沸點大約為30度的物質,這也是有的。例如,1-戊烯的沸點正好是30度,異戊烷的沸點約為28度。另外,通過混合不同沸點的物質,可以調節出所需沸點的混合物。

那麼,這種低沸點的物質能否用來製造「蒸汽機」呢?

不大現實,即便能造出來也沒有什麼使用價值。傳統蒸汽機的原理是用熱源加熱水產生高壓的水蒸氣,由此推動活塞運動,之後水蒸氣被送入冷凝器中,遇冷凝結為液態水,然後循環使用。

如果用室溫下就能沸騰的工質,那麼,最開始的時候首先要把工質低溫保存,使其呈現為液態。在使用的時候,把低沸點工質釋放出來,由此產生高壓蒸汽,這確實能夠推動活塞運動。然而,低沸點工質此後在室溫中無法重新冷凝為液體,所以就無法循環使用,這種蒸汽機是不可持續的。

如果用沸點略高於室溫的工質,並且用熱源來加熱工質,這樣的蒸汽機確實能夠工作。但事實上,蒸汽機的熱效率與工質的沸點沒有什麼關係。根據熱力學中的卡諾定理,熱機的最大熱效率只取決於低溫熱源(TC)和高溫熱源(TH)的溫度,兩者相差越大,其效率也就越高,反之亦然。

另外,使用水作為蒸汽機的工質有很多優點,因為水非常廉價,而且穩定性又好,安全性高。而如果用其他有機物作為工質,不但成本昂貴,而且它們可能有毒,或者易燃易爆。

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