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如果我有一个永远保持在 120℃ 的方块,能用来做什么? 第1页

  

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诸位答主,还是低估了这个材料的强大之处。


题主设定了这玩意儿有导热性存在。

温度还绝对恒定。

那么说明这玩意儿具有无限吸热的能力。

纯铁导热系数:80W/m·K

熟铁导热系数:61W/m·K

铸铁导热系数:48W/m·K

碳钢导热系数:45W/m ·K

不锈钢导热系数:16 W/m ·K

对于无限靠近方块表面的位置,传热为:

k为导热系数,t为时间,A接触面积,△T为温差,L为传热材料的厚度。

从公式可以看出,传热距离L越短,传输热量越快。

由于无限接近方块表面的位置,都能恒定为120℃,那么说明传热距离L可以无线短。

那么这个玩意儿,实际吸热效率是无限快的。

凡是温度比这玩意儿高的东西一接触到它的表面,接触面就可以在顷刻间和这个玩意儿的温度恒定。

即便,传热厚度不取无限低,取物理学的极限尺度,普朗克尺度。

也即:1.6×10-35m

哪怕我们取不锈钢的导热系数16 W/m ·K ,对于1℃的温差,1秒钟,吸热速度也高达:

10^36 J

这样大的能量,相当于太阳燃烧800年释放出来的总能量。

它吸收热量,主要受限于温差(它比地表温度高),以及接触它的材料传热效率,所以放在地球表面,倒是没有什么威胁。

但如果扔进太阳内呢?

太阳的核聚变主要发生在内核,这东西沉入太阳后,会逐渐沉入辐射层。

被冷物质包裹后,形成局部冷区,会逐渐沉入内核。

它将会令太阳内核温度急剧降低。

这个冷区究竟有多大呢?我们不妨探讨一下。

我们设太阳冷区边缘的温度不变,依旧可持续核反应。冷区半径为 r 。

那么,冷区的

体积:

表面积:

我们假设冷区单位体积的平均能量流动为Q

根据傅里叶热传公式:

我们把内部方块近似看做半径为R的球体。

积分得:

已知太阳内部功率为:q=276.5W/m^3,对于冷区来说,唯一热源就是边界热传导。

那么冷区的平均传热热功率为:

为有效传热的聚变厚度。

带入关系式得:

当r足够大的时候, 忽略不计。

和 近似为正比关系。引入常量 ,

太阳内核是高热高致密的等离子体,温度达1500K,密度150000 kg/m^3.

导热系数k,受到晶格、电子、分子距离以及热运动程度(温度)的影响。

太阳内核等离子体密度高、温度高、自由电子两大。

预估太阳内核的导热系数 可高达6000W/m·K

得: m

由于温度梯度的变化会比较匀称, 不会太大,也不会太小。

若取值1,那么:

而太阳内核区半径超过一亿米,冷区的温度梯度 r 远远小于太阳核心区半径。

所以,太阳的确大概率不会熄灭。

当然,这也并不绝对,如果太阳内部热传高于我的预估,有效传热的聚变厚度足够薄时,对于功率本来就相当低的太阳来说,依旧可能全面冷寂。

只不过冷寂的时间会比较漫长,可能以十万年计。


这个东西,如果扔进白矮星,会加速白矮星冷却成黑矮星。

扔进中子星会产生奇效。

中子星脉冲热传速度可达1秒之内。

扔在中子星上的方块,会有高速热流进入方块。

应该会产生无比强大的中子星射线暴。

整个中子星演化成超级武器。

虽然扔进大黑洞中,理论上能顷刻加速黑洞的蒸发。

但是,逼近黑洞时,因为发生慢钟效应。

等到我们经历了沧海桑田,这方块都还没有坠入黑洞中。

除此之外,它能加速大质量黑洞的蒸发,质量越大蒸发速度越快。

但是,对于小质量的“高热”黑洞来说,可能扔进去也没有效果。

例如本身正在高速蒸发的M/100质量的黑洞,温度就差不多120℃左右了。(M,太阳质量)

而如此质量的黑洞,蒸发时间,相对于人类来说,其实是相当漫长的。


总之,这玩意儿就是超级热天体的克星。

配合超级热天体,可以制造星系级超级武器。


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120℃的温度,看上去能烧水,但是用来当第一类永动机的话,效率实在是太低了,不太能做功。

但是,假如拿它当单一冷源,它的效率可以变得非常高,因为在大部分体系中,温度的上限都远远高于120℃。

比如太空中的核电池,最大的问题来自于功率过高散热成问题,现在彻底解决了,所有的余热导向这个120℃方块,核电池温度越高越好,我们就能给太空探测器提供极其充足的能源。

或者换一种方法,直接用更剧烈的核反应提供推力,这个不可分割破坏的方块,就成了核发动机的理想喷口,虽然受制于外形,效率不会太高,但是它绝对不会被核反应烧蚀,也能绝对隔绝核反应高温的特性,让它能承受的推力大得多,氢弹贴脸也没问题。


但是即便如此,效率还是太低了,人类能掌控的温度区区几万度,能大规模产生的温度也就是几亿度。想要真正利用好这个奇特的物质,必须找到它的“奇异性”,也就是让哪个物理量变成了不连续的或者无穷大,从这里才可以最大化地利用这个方块。这是一个常识——任何一个知乎编出来违反物理规则的物体,其本质都具备毁灭世界的力量。

举个例子,你要是能找到另一块温度恒定是119℃的方块,只要把它们贴到足够近就能产生无穷大大的能量流, @瞻云的回答就属于类似这样的设定,但是可惜并没有这样方便的设定,太阳局部的温度也不可能一成不变。假如把它扔进太阳内核中,这个物体周围的温度就会迅速下降,很快就会达到新的平衡,不可能产生一个小的散热点冷却一个恒星的情况。

那么宇宙中有哪些温度真正恒定的东西呢?

答案是黑洞!

黑洞的温度是恒定的,质量越大,温度越低。当方块投进黑洞的那一刻,黑洞温度的物理规律就此被彻底打破。由于“黑洞无毛”,整个黑洞会瞬间加热到120℃,对于超大的黑洞而言,这等于瞬间蒸发

所以我们只要把它扔进一个足够大的黑洞里,就可以欣赏暴涨以来宇宙中最绚丽的烟花。


说明一下几点问题。

首先很多人认为物体永远掉不进黑洞,这个物理图像应该有些过时的。现代一些的物理图像都认为无论是大部分的视视界还是黑洞热力学绝对视界,物体都会在有限,而且比较快的时间内被视界吞没。

第二点是黑洞吸进去之后到底会不会快速蒸发。

这点首先要明白:黑洞热力学和恒温方块本身理论上是矛盾的物体,所以什么东西都可能发生,我们可以通过两种不同的角度出发,分别得到两种不同的物理图像。

图像1:如果优先考虑方块的“法则性力量”,它会让大质量黑洞强制变成温度为120℃的迷你黑洞,然后让黑洞剩余质量蒸发,对于大质量黑洞,这是星系级灾难。

图像2:如果优先考虑黑洞的热力学属性,黑洞会吸收方块的热量,体积膨胀,同时由于黑洞的负热容温度继续降低,最终会让黑洞光速膨胀,这是比黑洞爆炸更可怕的宇宙级灾难。

图像3:严重错误:非法的输入。会话停止运行。

至于方块会让黑洞加速蒸发,那是不可能的,绝大多数黑洞比宇宙背景辐射温度还低,而且具有负热容,所以方块只会越加热黑洞越大越冷。


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这相当于发明了一个“无限热容”魔方,其物性参数如下:

密度:998.2kg/m3

比热容:无穷大,J/(kg.K)

热导率:16.27 W/(m·K)

而且外表面温度保持在120℃,与外界实现热平衡!

但其实这玩意的意义也不大,给我一个铁皮箱子,然后再插入一盘电加热丝,调整一下压力,就能够模拟出这种效果了。

魔方温度设置在120℃。

只要把压力给抬高到0.2MPa就可以,此时水的沸点就在120℃左右。

实验中这个叫“恒温水浴”。

如果是放在室内,在冬天可以当暖气用,但要小心烫伤,毕竟外表温度为120℃。

如果是用来烤肉的话,这温度还是有些低的,要把肉烤熟的速度,要比想象中的慢太多了。

烤箱烤肉都建议温度设置在200℃,120℃要想把肉烤透,可不容易。

如果是用来烧水的话,可能还不是那么容易烧开的。

要想用炉子烧开水,并不是将水简单加热到100℃就可以了,还要具有足够的“过热度”才行。

过热度=壁温-水的沸点。

由于壁面的温度为120℃,在标准大气压下,水的沸点在100摄氏度时,过热度只有20℃。

如图所示,此时只能出现核态沸腾,而达不到稳定的膜态沸腾。

而核态沸腾,是只在固体表面发生沸腾,也就是只有锅底才有气泡产生的状态;

膜态沸腾才是“水开了”的状态,而只有20℃的“过热度”是做不到的。

所以,加热水可以,但烧水带动汽轮机的方法,是不行的。

温差发电可能还行,但也受限于功率。

。。。。。。

比较好的利用方式,还是用来做实验吧,尤其是做一些需要恒温水浴加热的实验。

此外,还可以用来标定。

如果其表面的温度是精确的120℃的话,不差一K一℃的话,那对于科学上精确测量温度,是有极其重要的意义的!

以上,关于沸腾的相关知识,可以参考传热学第七章。


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烧开水的话,水温100度,

温差20度,导热系数与铁相同为40×1.163=46W/m2·℃

表面积6平方米,

所以相当于一个功率为 (120-100)*6*46 = 5400 W 的热源

每天的热量为5400*3600秒* 24小时=480,000,000 焦耳

大概相当于标准煤(7000千卡每千克) 480,000,000/ 4200焦耳每千卡/7000 =16千克燃烧的热值,而且煤燃烧的温度远高于120度,从能源品位上来看属于劣质能源。

16千克煤,一年相当于365*16=5吨左右,1吨的价格在二百元(近期略涨),一年大概1000元钱的概念。

所以,如果用热量来做事的人,大概相当于每年1000元钱的热量收入。


如果发电的话,由于温差很小,估计效率低到10%以下,大概相当于540W的一个小发电机,1年发4000度电,大概收入1600元。


关键是为了这个事情,你要投资,

别的不说,光1个立方米的空间,你租个地方存放,按每平米每天0.5元的仓库标准,一年要花180元。

设备还要投资个大几万元,才能把以上能量用起来,每年的利息估计已经超过1000元了。


所以,这个方块以热量角度无法用于正常的用途。一定是特殊的地方用。

---- 下面开始正文 -----

制冷比制热要赚钱,而且温差要特别大:

从上文推导,功率与面积成正比,与导热系数成正比,与温差成正比,

而面积已经确定,被三体智子锁死(其实是题主干的)

导热系数也是,题主下手比较狠


还好,题主留了一个活口,就是温差。

如果120度在开氏温标下,是393K,与绝对零度之间也只有不到400度的温差;

但是如果与高温对比,放到冶铁高炉中,2200摄氏度,温差2000K;

这样可以成为一种超高能量的冷却剂。


放到日本核电站已经熔融的堆芯里,几千度高温下,冷却效率极高。


用于火电厂和核电厂,只是把温差提高到千度这个数量级。

放到核弹中央,几百万度的核弹中心,瞬间冷却,带来的能量传递速度,应该已经违反热力学原理了。没关系,题主说了,可以继续,牛顿那边,焦耳那边,玻尔兹曼那边,爱因斯坦那边他去搞定。


巨大的温度梯度,在宇宙中是无法维持的,其结果是核弹周边物质的巨大的压力梯度,在核弹形成的等离子体形态中,形成持续内爆,该内爆给原子的加速相当于一个具备真空,只不过这种真空不是物质缺少造成的,而是温差梯度造成的。


很可惜,这个事情不会带来量子层面和相对论层面的巨大困扰,因为: 120度是个统计学的东西--- wtf,就是说,并非每个分子,每个原子都是120度这个热力学温度下对应的一个数值,而只是一个统计数值,也就说粒子层面可以我行我素,甚至出现一两个高能粒子,但是无需时时处处都保持粒子微观层面的非线性和巨大梯度。


散了吧。

------

等等,宇宙间最高的温度是什么?

是普朗克温度,超过这个温度的物质因为巨大的平均分子速度,就接近光速,然后质量上升,然后超过黑洞形成的临界质量,然后成为黑洞了。

其中最高温度的形成的黑洞最小,就是普朗克长度直径对应的黑洞所对应的物质,乘以光速平方,对应的能量下,对应的温度值(有点绕口)


ok,这就是最大的温差,

所以,把这个方块扔到黑洞里,是最高级的应用。

至于扔进去干什么?基本上是黑洞的克星,光都逃不出的黑洞,遇到这个方块,会发生什么?

请霍金同学回答,我等到此为止,脑袋不够了


user avatar   li-lu-yan-23 网友的相关建议: 
      

一天,α文明的外星人开着飞碟迫降在地球上,它们准备对人类文明进行研究。其中几个外星人学者找到一块立方体,它们觉得很不寻常,于是叫来了外星人教授。

教授测出这个立方体的边长大概是是1/299792458秒间间隔内光在绝对真空中的行进长度。然后教授换了个测量方式,结果长度还是这个长度,只是又精确了几位。

教授很生气,换来了飞船上最精确的引力波测绘仪器,结果还是徒增功耗,这个立方体的边长还是这个值,只不过又又精确了几位。

教授测来了去,还是测不出这个立方体与1/299792458秒内光程的偏差,最终他只能承认:这个立方体的边长的精度取决于测量者测绘工具的精度,是超乎α文明级别的高级文明所打造,α文明并不能理解它。

α教授想打开立方体看看,却发现无论用什么武器轰击立方体,它纹丝不动。于是α教授运来了基本粒子显微镜,想要看看立方体表面的基本材料是什么。

结果一看不得了,即使在放大2亿亿倍的显微镜下观察立方体表面,它还是完美无瑕的镜面。教授意识到这东西必然是用组成基本粒子的基本粒子通过基础力中的基础力牢牢钉在一起的,它们还是无法理解。

究极的精确,完美的棱角,教授不禁伸出触须想触摸一下这个立方体,结果被烫着了。

“芜湖~”

教授缩回触须,再进一部研究发现,这立方体的温度居然是恒温的。α教开始恐惧了,他开始怀疑有一双眼睛正在看着他,看着这个长满触须渺小的宇宙旅客。

突然,教授看到亿年前我刻在立方体旁边石头上的图案。上面写着一句话——

“我是知乎er!”

但教授不理解,他匆忙拍了张全息照片就离开了地球。不久后,这个立方体被α文明立为了宇宙诞生的基石,他们认为“知乎er”是造物主。并将知乎er这种生物定义为宇宙智慧的起源。

教授还写了一本书,《我们至今仍未测出知乎er立方体的边长和温度》


user avatar   buran-85 网友的相关建议: 
      

用来烧水,水蒸气驱动机械装置做功,你就得到了永动机。永动机有什么用,不需要我多解释吧。更了不得的是这个东西不需要维护,因为该方块不与任何物质发生化学反应,也就不存在锈蚀的问题。


user avatar   lengzhe1984 网友的相关建议: 
      

谢邀,

基本上所有高复杂性的问题,比如说天气预报、地球洋流、股票预测、大型生态系统演化、癌症、狂犬病等等。

具体一点的,湍流、堆积固体颗粒的流动计算。




  

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