这是一个非常反直觉的物理问题,但是一旦弄明白了,你会立刻连带着理解一大堆构造原理。
这个问题是:
一份热水,一份冷水,现在,不与其他任何物体传递热量,只让两份水隔着容器互相传递热量,是否可以把原先的热水变成冷水,原先的冷水变成热水?
就是说,这两份水,可以“交换温度”吗?
别急,好好想想。
但我猜,即便好好想过,你大概也会说“不可能”。
因为热力学第二定律规定了,“热量不会自发地从低温物体传递到高温物体”,所以冷水和热水互相传递热量,一旦达到平衡,变成同样的温水,就会结束了,不会继续分化成热水和冷水。
然而我说过了,这是个反直觉的物理问题。
如图1,红色的代表热水,它的温度是128,绿色的代表冷水,它的温度是0。
然后,把它们各自分成很多份——我分成了8等份。
接着,让这些小份排成队,以相反的方向贴着滑过,一份一份地与对面传递热量——数字标注了每一份的温度变化。
最后,你看,原本那份128度的热水,变成了平均25度的冷水,最冷的一份低到0.5度;原本是0度的冷水,变成了平均103度的热水,最热的一份热到了127.5度——温度果然交换了!
份数越多,温度交换得也越多。在理想条件下,把水划分成无穷份,这两份水的温度就能完全交换了。
当然,理想的“无穷份”是不可能的,但是,我们可以逼近它:
取两根纤细的管道,紧紧贴住,热水和冷水以相反的方向流经各自的管道。
那么,热量在管道内的传递速度,就会远远低于管道之间的传递速度,温度交换的效果就会非常接近无穷份了。
在工程上,这被称为“逆流热交换”,广泛应用在发电站、供暖系统、空调系统、化工蒸馏……等等场合。
然而最先使用这种结构的,仍然不是人类,而是大自然——我们的循环系统,处处都是这种结构。
比如在我们的四肢上,静脉与动脉总是紧贴着,如图2上方,构成一组逆流热交换。这样一来,动脉血就能充分温暖静脉血,让回流到体内的静脉血不至于太冷——对于那些寒冷环境下的动物,这是生死攸关的。
再比如你的肾脏,如图3,每个肾单位中,毛细血管网中血液的流向,与肾小管中原尿的流向总体相反,这样一来,血液中的代谢废物就能更加充分地过滤出去了。
更突出的例子出现在鱼类身上,如图4,鱼的鳃丝分布着大量的毛细血管,其中血流的方向,刚好就与水流的方向相反。当然,这样做不是为了交换温度,而是要交换氧气:水中100%的溶解氧,可以被血液吸收得只剩15%;而血液中5%的氧含量,可以提升到80%。
想想看,如果血流与水流方向一致,那么血液和水中的氧含量就只能平均成52.5%——这是多么大的差距。
在进化史上,鱼类凭借更高的呼吸效率,不但维持了更大的体型,还拥有了更强的力量,所以从4亿年前的泥盆纪开始,就称霸了海洋,直到今天。
类似的称霸现象也同样出现在陆地上。
陆生脊椎动物,有两个最强盛的支系:合弓类和主龙类,前者是我们哺乳动物的祖先,后者是恐龙、翼龙和鳄类的祖先。
这两个支系在生化和解剖上都有很多区别,其中一个重大区别,就是合弓类的肺像我们这样,微观结构是肺泡,那么如图5,空气只能随着呼吸往复流动,会潴留一部分排不出去,肺活量远小于肺容量,氧气交换效率并不高;
而主龙类的肺由微气管构成,而且配合了大量的气囊,如图6,呼吸的时候,空气会在微气管里单向流动,毛细血管中的血液反向流动,就像鱼鳃那样,是“逆流交换”,所以呼吸效率特别高,即便是在大气氧含量偏低的时候,也能保证血液中的氧含量格外充沛,运动能力格外强。
在二叠纪末期,超级火山让陆地生态系统全面崩溃,大气氧含量急剧下降。主龙类在随后的三叠纪率先崛起,进化出了恐龙这个王牌,把早期哺乳动物踩在脚下长达1.8亿年。现在推测,主龙类的呼吸效率的优势功不可没。
而在这1.8亿年里,早期哺乳动物躲在夜晚和洞穴里,寿命也很短(图7),因此丢失了很多重要的基因。比如绿色觉和紫外色觉基因,导致今天的哺乳动物都色觉很差;比如再生牙齿的基因,导致我们掉了恒牙就只能镶牙;比如修复皮肤衰老的基因,导致我们年纪一大就满脸皱纹……
你看看,没有“逆流交换”,得带多么大的害?
*如果你好奇“逆流交换”是否违背了“热力学第二定律”,答案是没有违背,因为你推动水流的时候,给这个系统输入了能量,就是这些能量交换了二者的温度。
*朝阳区北苑附近次卧出租,近城铁13号线、17号线,觅合租室友,单身男士优先,可短租,有意者私信联系。
这个问题是:
一份热水,一份冷水,现在,不与其他任何物体传递热量,只让两份水隔着容器互相传递热量,是否可以把原先的热水变成冷水,原先的冷水变成热水?
就是说,这两份水,可以“交换温度”吗?
别急,好好想想。
但我猜,即便好好想过,你大概也会说“不可能”。
因为热力学第二定律规定了,“热量不会自发地从低温物体传递到高温物体”,所以冷水和热水互相传递热量,一旦达到平衡,变成同样的温水,就会结束了,不会继续分化成热水和冷水。
然而我说过了,这是个反直觉的物理问题。
如图1,红色的代表热水,它的温度是128,绿色的代表冷水,它的温度是0。
然后,把它们各自分成很多份——我分成了8等份。
接着,让这些小份排成队,以相反的方向贴着滑过,一份一份地与对面传递热量——数字标注了每一份的温度变化。
最后,你看,原本那份128度的热水,变成了平均25度的冷水,最冷的一份低到0.5度;原本是0度的冷水,变成了平均103度的热水,最热的一份热到了127.5度——温度果然交换了!
份数越多,温度交换得也越多。在理想条件下,把水划分成无穷份,这两份水的温度就能完全交换了。
当然,理想的“无穷份”是不可能的,但是,我们可以逼近它:
取两根纤细的管道,紧紧贴住,热水和冷水以相反的方向流经各自的管道。
那么,热量在管道内的传递速度,就会远远低于管道之间的传递速度,温度交换的效果就会非常接近无穷份了。
在工程上,这被称为“逆流热交换”,广泛应用在发电站、供暖系统、空调系统、化工蒸馏……等等场合。
然而最先使用这种结构的,仍然不是人类,而是大自然——我们的循环系统,处处都是这种结构。
比如在我们的四肢上,静脉与动脉总是紧贴着,如图2上方,构成一组逆流热交换。这样一来,动脉血就能充分温暖静脉血,让回流到体内的静脉血不至于太冷——对于那些寒冷环境下的动物,这是生死攸关的。
再比如你的肾脏,如图3,每个肾单位中,毛细血管网中血液的流向,与肾小管中原尿的流向总体相反,这样一来,血液中的代谢废物就能更加充分地过滤出去了。
更突出的例子出现在鱼类身上,如图4,鱼的鳃丝分布着大量的毛细血管,其中血流的方向,刚好就与水流的方向相反。当然,这样做不是为了交换温度,而是要交换氧气:水中100%的溶解氧,可以被血液吸收得只剩15%;而血液中5%的氧含量,可以提升到80%。
想想看,如果血流与水流方向一致,那么血液和水中的氧含量就只能平均成52.5%——这是多么大的差距。
在进化史上,鱼类凭借更高的呼吸效率,不但维持了更大的体型,还拥有了更强的力量,所以从4亿年前的泥盆纪开始,就称霸了海洋,直到今天。
类似的称霸现象也同样出现在陆地上。
陆生脊椎动物,有两个最强盛的支系:合弓类和主龙类,前者是我们哺乳动物的祖先,后者是恐龙、翼龙和鳄类的祖先。
这两个支系在生化和解剖上都有很多区别,其中一个重大区别,就是合弓类的肺像我们这样,微观结构是肺泡,那么如图5,空气只能随着呼吸往复流动,会潴留一部分排不出去,肺活量远小于肺容量,氧气交换效率并不高;
而主龙类的肺由微气管构成,而且配合了大量的气囊,如图6,呼吸的时候,空气会在微气管里单向流动,毛细血管中的血液反向流动,就像鱼鳃那样,是“逆流交换”,所以呼吸效率特别高,即便是在大气氧含量偏低的时候,也能保证血液中的氧含量格外充沛,运动能力格外强。
在二叠纪末期,超级火山让陆地生态系统全面崩溃,大气氧含量急剧下降。主龙类在随后的三叠纪率先崛起,进化出了恐龙这个王牌,把早期哺乳动物踩在脚下长达1.8亿年。现在推测,主龙类的呼吸效率的优势功不可没。
而在这1.8亿年里,早期哺乳动物躲在夜晚和洞穴里,寿命也很短(图7),因此丢失了很多重要的基因。比如绿色觉和紫外色觉基因,导致今天的哺乳动物都色觉很差;比如再生牙齿的基因,导致我们掉了恒牙就只能镶牙;比如修复皮肤衰老的基因,导致我们年纪一大就满脸皱纹……
你看看,没有“逆流交换”,得带多么大的害?
*如果你好奇“逆流交换”是否违背了“热力学第二定律”,答案是没有违背,因为你推动水流的时候,给这个系统输入了能量,就是这些能量交换了二者的温度。
*朝阳区北苑附近次卧出租,近城铁13号线、17号线,觅合租室友,单身男士优先,可短租,有意者私信联系。
确实看见这个电影相关就会破防,去年214因为这个事情我哭了一整天不知道该怎么办才好,除了粉丝外的所有的人都在污蔑我们,所以至今也没办法释怀这件事。粉见发出去十分钟有檀丝私信我马上就权了,又重新发的新的微博。觉得我有问题就私信我跟我说,好好沟通我都会改,我以前也没追过生,也没做过职能组,之前一直都是战斗粉,后来也是因为实在缺人所以才来的职能组。而且发什么跟其他人也没有关系,人家也管不了我的嘴,没必要带上别人。
去见过柯柯的粉丝、路人朋友、群演,都说我们柯柯很好为人真诚友善,无论对待谁都特别热情,她也会记住粉丝给她发的私信,网上的碎碎念,现实中也会得到回应,她也在努力的记住我们的样子,在大家去见她之后,她还会私信叫大家回去的时候注意安全。还会在别人说她的时候反过来安慰我们,也叫我们好好生活远离让自己内耗的人,也希望柯柯真诚对待每个人的同时,大家也能真诚的对待她#柯颖#
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