科学私房课 第六十一讲 能量（二）

科学课第61讲 能量（二）人类掌控能量的能力不断增强。 我们从武器上可以看到，武器越来越厉害，这都归功于一些天才的设计和发明。人类早

科学课第61讲 能量（二）

人类掌控能量的能力不断增强。

我们从武器上可以看到，武器越来越厉害，这都归功于一些天才的设计和发明。

人类早期都是单打独斗；慢慢演化成有组织的战斗，这就是军队，几千上百人。这时候的武器跟原始人一样还是长矛。有点是长度长，省金属，方便携带，容易更换。

但是后来人们修建了坚固的城墙，再用个人的力量就没有办法攻破了。

用长矛的力量怎么也对抗不了巨大坚固的石头，再多的人也不行。但我们可以把很多人力量汇聚成一点。这就需要工具。

最简单的就是攻城杵，一根大木头，一群人抬着撞城门，这根木头就汇集了这一群人的力量。当然实际并不是抬着木头去冲撞，这样太费力了，没跑到一半就累趴下了。古人用的是车。

还有攻城用的投石车，用机械杠杆原理，把一群人的力量汇集到一个石头上，可以抛的很远。

守城的就利用重力势能。扔石头、扔灰瓶炮子滚木雷石，都是利用重力加速，增加它的杀伤力。

指环王和霍比特人有非常壮观的攻城战。

水的力量也是势能。比如关羽水淹七军，事先憋好水坝，把水的势能提高，突然拆掉水坝放水，水就利用势能倾泻而下，让敌军迅速崩溃。

火车撞人也是一样道理，火车运行起来速度高，重量也沉，它的动能就非常大。撞到一个人，人瞬间接收到巨大的能量，身体承受不了，就死了。

变形金刚第一集里的威震天就是被火种源的巨大能量搞死的。

所谓的冲击力大，爆炸威力大，这背后都是能量。

我们用各种方法蓄积能量，比如古巴比伦空中花园、还有中国清朝的圆明园都有喷泉，在没有电的时代，喷泉怎么喷水？得有水压，难道是派几个人下去挤水气球吗？不可能。

他们用的办法是在高处修一个拦水坝，拦住一池水，然后用水管直接接到低处。高处的水顺着水管流下来，就有很大的压力，水管的出口竖直向上，它就能喷得很高。我们还需要把水管用土埋起来，让人看不见背后的原理，这个神奇的喷泉就形成了。

我小时候住的是平房，为什么不住楼房？主要问题是打水的问题。想想你住6楼，如果没有自来水，你需要用桶天天拎水上楼，那你愿意住一楼还是愿意住六楼呢？

但这难不倒勤劳勇敢的中国人民。我们的办法是修水塔。人工建一个高高的水塔，把水集中泵到高处，它就能给周边一片楼区供水。水会自动流到比它低的各层楼去。只要我们打开水龙头就能出水。除非水塔空了。

我们还见到过水轮车，用水的流动推动水车旋转，就能把一小桶水抬高。然后用竹筒把水引到房子里。这就不需要人去弯腰打水、来回搬运水了。为什么要抬高啊？不抬高它不会自动流到家里。家是不可能盖在比河水位置还低的地方的。

当然水车旋转还能接齿轮，齿轮接磨盘，就可以自动磨面、磨豆腐，也可以设计成前后拉风箱，打铁、烧瓷等等需要长时间吹风的也可以用。

英国的纺纱机最早就是利用水轮，纺纱需要把线箍一会儿上一会儿下的移动，这用自动化的机器来做可以节省很多人力。

这些都是最早的利用自然能量的方法。

后来英国科学家瓦特受到烧水的壶盖子被顶开这件事的启发，改良了蒸汽机。

烧煤可以把水烧开，水开了蒸汽膨胀能够推动拉杆，他通过精巧的设计，让拉杆可以来回运动，就能牵动齿轮转动，从此工厂不再需要修建在河边了。

珍妮纺纱机经过改良，开始使用蒸汽动力，现代化的工厂建成了。

甚至火车也出现了，火车就是一个大锅炉，锅炉推动拉杆，拉杆推动轮子，车就有了比马大得多的动力。只要填煤填水它就可以走。

第一次工业革命就是烧煤开启的。

到这，已经很大的改变了我们的世界了，

18世纪60年代，机器第一次大规模代替人力，生产也集中了，资本也集中了，效率大幅度提升。原来需要1个人做一把刀需要一整天。现在10个人在工厂，一天可以做1000把刀。各种商品的生产效率在这个阶段都得到了成百上千倍的提升。

英国的轮船开始是钢铁的了，有煤仓有锅炉有发动机，不再用人划水撑帆了。他们开始统治海洋。

加上他们的枪炮，加上他们机器制造的衣服、生活用品都非常便宜，还有种植出来的鸦片。

工业革命200年积攒下来的成果，已经足够欺负2000年来一直领先的中国了，所以到1840年，侵略中国的鸦片战争开始了。

随着时间推移，人们又发现了石油这个高效和清洁的能源，它的燃烧直接排放气体，不需要烧水这个过程，只需要添油就可以了，它比煤多了很多好处。

1、 液体可以自己流动，不像煤还得派个人用锹搓。

2、 煤点燃很费劲，熄灭更费劲。油就好控制多了。

3、 煤需要烧水，而油不需要。

4、 煤燃烧冒烟， 油不冒烟。

5、 油的能量密度高，煤能量密度低。煤动力的火车得用大煤仓、大锅炉、大烟囱，汽车只需要用油箱、发动机，小得多。

如果汽车是烧煤，那可有点不可想象了。但在朝鲜真有，他们实在是太缺油了。

这些道理到你们初高中学物理都会讲到。很容易理解。

但是，使用河流的水力、煤燃烧的锅炉、汽油的发动机，这些全都比不上电力。

电的发明就是第二次工业革命。

电实在是太好的东西了。看看我们周边，全都是电器。发光的有电视、电灯、电脑；发热有电饭锅、电炒勺、微波炉、电磁炉；居然还能制冷，冰箱冰柜；还有鱼缸里还有水泵，发声音的音箱，你们的各种玩具。电可以为很多东西提供动力。

电就是能量。

电是怎么来的呢？

我们是先发现的电，后发明的电器。

电自然界就有，雷电，但这个没法用。美国的富兰克林不就放个风筝去引雷电吗？

他可坑人不浅，很多模仿者都因此丧命，俄罗斯一个物理学家就学他结果被雷劈死了。

打雷躲都躲不及，还拿线去引？富兰克林根本没直接往风筝线上挂钥匙，然后用手碰出电火花，这都是谣传，他要这么干也得电死。

他是把线绑在房子里，用个莱顿瓶接收的电，人早跑了。等雷雨过去，他才去房子里测试瓶子里真有电。

科学家们经过很多努力，发现电和磁是一回事。电能产生磁，磁也能产生电。

简单说就是：用铜线圈切割磁铁产生的磁力线就能产生电，用铜电线能传导电，电在线圈里又能产生磁力，磁力经过设计，就能旋转。

这边用个摇把旋转发出电、那边的电风扇就能旋转。你说我直接摇这个风扇多好啊？费这劲干嘛呢？

好处有很多啊：

1、 摆脱了距离的限制，只要一根电线就引进来了，不用旁边站个人；

2、 摇杆发电的也不必是人，可以是一头驴，因为开始拉磨的就是驴，人可以利用畜力，百公里油耗是一捆草。当然我们现在用的是煤炭。

3、 电除了让物体转还能有其他用途。

爱迪生发明电灯。

很多人不知道的是，他那个电灯得配锅炉使用。屋里安上灯了，外面有个隆隆作响的大锅炉发电，还得雇人填煤。这灯炮的寿命还只有几十个小时，很容易坏。开始的电器就是这么简陋。

但经过时间的推移，设计的改进，我们现在已经进入了成熟的电气时代。电给我们带来了非常非常多的方便。

那现代的电是怎么发出来的

最多的还是煤。火力发电。几乎每个城市都有火力发电站。一列一列的煤炭通过火车，从矿井运到电厂，传送带送到锅炉里，燃烧发热，把水烧热变成蒸汽，推动涡轮发电机来发电。剩余的热量就给我们取暖，暖气。

只要能推动涡轮发电机的都行，用一个大坝憋住水，把水位抬高，原理非常简单，就是水冲下来有很大的力量，带动涡轮旋转就能发电。上面水库非常巨大，这个水流可以源源不断。上游一直有雨水补充进来，这就是用自然的力量来发电。

还有潮汐发电，我们用月球的能量来发电。月亮转过来的时候海水不是涨潮吗？涨潮可以正向发电，退潮还可以反向发电。

风也可以吹动大风车。大风车可以发电。

太阳能、核能都能产生热量，通过这个热量就可以发电。

无论用什么方法，发出来的电都是一样的，都是通用的。这个好处非常明显，我们家里不用改造任何设备，就可以使用这些能量了。

后面还有第三次工业革命，这次主要是信息技术革命，不是能源革命。

主要以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。

第三次工业革命发生在50年前。

现在是第四次工业革命。主要是以人工智能，机器人技术，虚拟现实，量子信息技术，可控核聚变、清洁能源以及生物技术为技术突破口的工业革命。

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