从蒸汽机到生物能力

我在世界上一些最大的蒸汽机前面的Kempton Steam博物馆。它们是在20世纪初期制造的，直到1980年才能将水泵入伦敦的房屋和工厂。我们不会在炉子中燃烧食物，也不会烧开水以移动四肢。我在这里，因为整个能源科学始于这些机器。像Thomas Neucomen和James Watt这样的工程师发明了这些引擎 - 首先是从康沃尔锡矿山中抽水，然后为工业革命提供动力。

正是科学家们弄清楚了他们的工作方式，为什么有些设计比其他设计更有效，以及什么能量。英国的詹姆斯·焦耳（James Joule）和开尔文勋爵（Lord Kelvin），法国天才尼古拉·库格诺（Nikola Cugnot），德国的鲁道夫·克劳西乌斯（Rudolf Clausius） - 他们发明了一门新科学，《热力学科学》。当我们描述今天的能量时，我们仍然使用他们的结果和名称。热力学是希腊语单词的热量和能量的组合。早期的热力学家与这两件事之间的关系摔跤了数十年。加热与能量一样吗？在一个过程中，它是否以与此相同的方式保存？温度和热量有什么区别？

正是焦耳（Joule）弄清楚工作和热量是同一事物的两个方面 - 能量。对于这种见解，他经常被认为是发现热力学的第一定律。热量是工作，工作是热量。它们都是生物中能量的体现，就像在蒸汽机中一样。焦耳发现在此过程中是保守的，而不是热的。虽然不能在过程中创造或破坏能量，但可以像热量一样无用地消散，而不是用来做有用的工作。Cugnot和Clausius一起弄清楚温度和热量之间的关系。

在这项工作中，有一个新的基本数量 - 熵，您将在了解有关热力学的更多信息时会遇到。到本周末，您将能够进行简单的热力学计算，并将其应用于生物系统，量化人体及其他地区的能量流。