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为什么燃油车很少装能量回收?其中隐藏了宇宙终极规律

2018年05月07日 10:48:01
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关于电动汽车,我们经常能提到这样一个科技配置——制动能量回收系统。在车子制动时,这个系统能够将车子减速中动能的一部分,通过发电机转化为电能,并储存在电池中。

但燃油车的制动系统只有单纯的刹车盘,车主踩下刹车时,刹车钳压紧,车子减速时的动能全部转化成了热能,耗散在空气中。也就是说,从100km/h到完全停车,重达1.5t(平均)的车子其动能全部变成了热量,没有任何再利用,然后,车子重新起步,刹车,循环这个过程,油箱里的汽油就是这么没的。

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为什么燃油车不能像电动车一样配一个制动能量回收系统?这个我们还得从燃油车和的电动汽车能量转化方式说起。

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燃油车的驱动过程是:通过点燃汽油将化学能转化为热能,再利用热膨胀将热能转化为动能;电动汽车的驱动过程是:将电池的储存的化学能转化为电能,再通过电机将电能转化为动能。最根本区别就在于,前者是用热作为“桥梁”(第一次工业革命的最大成果),而后者是用电作为“桥梁”(第二次工业革命的最大成果)。

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反过来呢?电动汽车制动时,动能可以通过发电机、电池,重新储存为化学能,这就是能量回收,而且这个过程就是汽车驱动的逆过程,原则上不需要外物辅助,发电机可以秒变电动机,电池既可以充电,也可以放电,效率极高,结构简单。

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至于燃油车,这个过程是完全不可逆的,动能变成热能很容易,热能要重新变成化学能,那是上帝干的事。大自然靠200多万年时间才生产出来的东西,区区人类,你能把热能重新转化为汽油?

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既然不能转化为汽油,但也可以模仿电动车,将制动动能转化为电能嘛。事实确实如此,但因此燃油车就要多一整套电机系统,根据电磁感应原理的可逆特性,这套电机系统除了能回收能量,当然也能作为车子的驱动力,所以,这已经不是传动意义上的燃油车,而是混动车。

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总而言之一句话:电动车从化学能到动能的转化过程是可逆的,而且高效;燃油车从化学能到动能的转化过程是完全不可逆。因此,电动汽车可以轻松实现制动能量回收,而燃油车不行,汽油燃烧产生的庞大热量除了在冬天给驾驶室吹吹暖风,再无利用价值。

附加题:为什么燃油车的能量转化过程不可逆呢?

很多人觉得这是废话,但懂点热力学的都知道,这个思考非常有意义。

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包括汽车发动机(学名:四冲程往复式活塞内燃机)在内的所有热机,都是以热能为媒介进行能量转化。以今天的眼光来看,虽然这是工业的开端,但同时也是最低效、最愚蠢的办法。

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汽车红外热成像

什么是热?热是整个宇宙中最底层的能量,任何能量之间的相互转化都会有一部分变成热,而要把热转化为有用功,也是所有能量转化中所需代价最大的,而且转化率极低,这是热力学第二定律决定的。就像燃油车,以最无脑的方式将化学能转化为热能,但对热能的利用率却低的吓人(热效率顶多40%),真的是“请神容易送神难”。

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说白了,这就是整个宇宙的熵增规律。任何独立系统都会趋向于无序、混乱状态,树会枯、人会死,烧油的汽车会最终会因为将汽油完全转化为热能而停车,电动汽车虽然在从化学能到动能的转化过程中效率要高一些,但热损耗同样不可避免,相同的能量也就是多跑一段罢了,最终也避免不了停车的命运。而当前的有序、局部的有序都得靠着外界庞大的“高阶能量”支撑,汽车想要再开动就得加油或充电,地球上的生物能量则来自太阳的核能。

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而对整个宇宙来说,所有有序的能量,包括原子的核能、星体运转的动能、生命蕴含的化学能,都会因为活动过程必然产生的热损耗,最终全部变成热能,N年后,宇宙任何位置之间都将不存在热交换,达到绝对的热平衡。

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当前宇宙的背景辐射

这就是——热寂理论。完全恒温,一片死寂!

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