第466章 热学与力学，朱友俭被榨干了
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朱友俭的炭笔点在那个字上：“p是压，V是体，t是温度。这几个字的意思是：压强乘以体积，等于一个常倍数乘以温度。”
顿了顿，他又补充道：“至于R和n，R是一个恒定不变的常数，n是气体的数量。你们先记住就行。”
几人的笔不停，在笔记本上一边抄一边画。
他们完全想不到，一个高高在上的皇帝，比他们了解的还多，尤其是爱德华·萨默塞特，眼前的一切刷新了他对这个东方帝国的认知。
原来他们自以为豪的科学，其实在这个东方世界早就存在。
其实他想的一点也没有错，对与自然的探索，中国从未停止，只是他们的命名方式不一样罢了。
比如道，就是中国哲学里世界的根本源头、运行规律和处世准则，既是万物产生的起点，也是自然和社会必须遵循的法则。
朱友俭写到第三行时，笔忽然停了。
“陛下，这个R...是恒定不变的常数？”
王徵小心翼翼地问道。
“是。”
朱友俭没有因为被打断而露出任何不满，反而耐心地解释道，“就像《九章算术》里有常数一样，天地运行也有常数。”
“R就是这个常数，无论你用什么气体，只要数量相同，这个比值都一样。”
王徵低下头，他活了七十六年。
设计过水力锯、风力磨、虹吸装置，自认对机械的理解已经超出同时代人三四个身位。
同僚们称他南徐北王，意思是南方的徐光启和北方的王徵，是天底下最懂机械的两个人。
他也一直这么以为。
可这一刻，他发现自己生平第一次，在设计任何机械之前，就能用一个公式算出气体的压力变化。
他忽然想起三十年前。
那是天启三年，他与邓玉函在扬州合译《人身说概》。
有一天夜里，两人译完一卷后喝酒闲谈。
邓玉函说起泰西的学者们正在探索一种可以解释一切力学现象的根本规律，说那规律可能关系到气体的压力、液体的流动、固体的运动，甚至可能关系到天上的星辰。
他当时听得入神，问了一句：“这规律，可有名字？”
邓玉函摇了摇头：“还没有。伽利略先生说他隐约看到了，但还没有人能把它完整地写出来。”
那天夜里，他躺在床上想了很久，想那个规律会是什么样子。
后来他就没有再想过了。
因为邓玉函回国了，那个规律就像一颗被埋进土里的种子，再也没有人提起。
此刻，那颗种子破土而出。
不是在泰西，不是在伽利略的实验室，不是在皇家学会，是在这座东方的宫殿里，由一个皇帝，用一支炭笔，写在一块白板上。
王徵转头对旁边的薄珏低声说：“三十年前，邓玉函与老夫合译《人身说概》时，曾提过一句西人正在探索的规律...原来在这里。”
他没有追问这个皇帝为什么会知道这些，甚至没有去想那个问题。
他的全部心神，都被这个简单的公式带来的可能性占据了。
薄珏瞥了一眼他的笔记本。
看见这位以笔迹工整着称的老前辈，今天的字迹比平时挤得更密，像要把每个字符都刻进纸里去。
朱友俭继续讲解了自己熟知的高中物理热学、力学后，走到蒸汽机示意图前，手指点在锅炉的位置上，准备将接下来的热力学第一定律讲给他们听。
“锅炉里的水被加热，变成蒸汽。温度升高，体积被限制在密闭空间内，压强急剧升高。”
“当这股高压蒸汽被导入气缸，它在膨胀中推动活塞，做的功等于压强乘以活塞面扫过的体积。”
说着，朱友俭在气缸旁边写下第二组符号：“w= pxΔV”
“压强越大，推力越大。温度越高，压强越大。所以火越旺，机器越有力。”
“你们在机械局反复调试的那台铜壶和气缸，原理就在这个公式里。”
宋应星一直低着头，从皇帝写下那组公式开始，他就一直低着头，盯着自己刚才在笔记本上写的那行字。
那是刚才皇帝说pV=nRt时，他下意识写下来的：“水一升，化汽一千六百升。当知此汽，亦循气理。”
此刻他想的是另一件事。
《天工开物·冶铸》卷里，他详细记录了数十种冶铸鼓风的方法。
气箱鼓风、水排鼓风、活塞风箱鼓风，每一种他都亲自测试过，记录了鼓风的力度、炉温的变化、铁水的流动性。
但他的记录全是经验，风箱大，风力强。
活塞快，风力猛。
他从没有把这些现象提炼成一个公式。
这个的皇帝，用一行符号，概括了他半生的观察。
“原来是这样。”
他低声说：“原来气箱和蒸汽机，是同一种气理。气体压强的规律...可以统一描述所有用气的东西。”
他放下笔，再次抬起头的时候，朱友俭已经让王承恩推来一辆小铜车。
小铜车不大，约莫两尺长，下面装了四个木轮子。
车上固定着一个铜壶，壶嘴对准一个铜制小风车。
风车的叶片很薄，轴心处装了微型轴承，转动时几乎没有摩擦声。
王承恩将铜车推到七人面前停下，退到一旁。
朱友俭走到铜车前，从案上拿过一支蜡烛，点燃，放在铜壶下方的燃烧室里。
火苗舔着铜壶的底部，没过多久，能听见壶里传来咕嘟咕嘟的水声。
水沸腾了。
蒸汽从壶嘴喷出来，吹动风车。
风车开始转动，先是慢悠悠的，然后越来越快，叶片在烛光中旋成一片金色的虚影，发出呼啦啦的声响。
“你们看到了什么？”
王徵先开口：“烛火烧水，水化为汽，汽吹动风车。”
“说得很对。”
朱友俭点头：“但你们漏了一样东西，蜡烛的蜡去哪了？水从哪来的力？风车转动的力道又是从哪来的？”
七人同时沉默了。
这个问题，从来没有人问过他们。
蜡去哪了？
蜡烧完了，变成烟和灰，就没了。
水从哪来的力？
水烧开了变成汽，汽就有力了，这不是天经地义的吗？
风车的转动从汽来，汽从水来，水从火来，这有什么好问的？
朱友俭看着七人迷茫的表情，转过身，在白板上写下第二组公式：“ΔU= q+ w”
“热，不是凭空消失的。”
他用炭笔点着那几个符号：“烛火烧掉后，蜡的化学能首先变成热量，传递给了水。水吸收热量，温度升高变成蒸汽，水从液态变为气态时，内能增大了很大一部分。”
“蒸汽从壶嘴喷出，膨胀时内能释放、转化为速度，于是吹动风车，内能变成了机械能。”
他转过脸，看向七人：“每一步都有定量关系。蜡烛、水、蒸汽、风车，四者之间走了一趟完整的能量转移。”
“没有任何一步可以无中生有。蜡烛烧光之后，你不可能指望风车还能因为同一批水而转得更久。”
“你们将来设计蒸汽机，需要精确计算从燃料到蒸汽、从蒸汽到活塞、从活塞到飞轮的每一步能量转化，以及中间损失了多少。”
薄珏的瞳孔微微收缩，脱口而出：“陛下，那汽吹活塞后还有余力吗？”
朱友俭点头：“有。做完工的蒸汽还有余热，这部分废汽可以从排汽口排出。”
“余力能不能再推一次？”
薄珏追问，语速越来越快：“能不能循环用？”
“可以。多级膨胀，高压蒸汽做完第一遍功后，不直接排出，而是导入下一个气缸继续膨胀做功。这叫复式蒸汽机。效率比单缸高得多。”
“那如果能量走一路丢一路，最浪费的在什么地方？”
朱友俭看了他一眼，目光里带着一丝赞许：“这个问题问得好。最大的浪费不在活塞，不在飞轮，而是在排汽。”
“废汽带走了大量的热量，这部分热量没有做任何功，直接散入了空气。”
王徵的笔悬停在纸上，久久没有落下。
朱友俭也没有因此打乱自己节凑，将自己还记载脑海的高中物理知识一一的讲解了出来。
这一讲，就是七天七夜，从力学到热学，再到能量守恒。
其中他们的问题很刁钻，朱友俭也一时无法解答，只能让他们日后试验的时候自行解决。
毕竟他自己只是一个文科生，能记住这些知识点，已经是他的极限。
朱友俭的炭笔点在那个字上：“p是压，V是体，t是温度。这几个字的意思是：压强乘以体积，等于一个常倍数乘以温度。”
顿了顿，他又补充道：“至于R和n，R是一个恒定不变的常数，n是气体的数量。你们先记住就行。”
几人的笔不停，在笔记本上一边抄一边画。
他们完全想不到，一个高高在上的皇帝，比他们了解的还多，尤其是爱德华·萨默塞特，眼前的一切刷新了他对这个东方帝国的认知。
原来他们自以为豪的科学，其实在这个东方世界早就存在。
其实他想的一点也没有错，对与自然的探索，中国从未停止，只是他们的命名方式不一样罢了。
比如道，就是中国哲学里世界的根本源头、运行规律和处世准则，既是万物产生的起点，也是自然和社会必须遵循的法则。
朱友俭写到第三行时，笔忽然停了。
“陛下，这个R...是恒定不变的常数？”
王徵小心翼翼地问道。
“是。”
朱友俭没有因为被打断而露出任何不满，反而耐心地解释道，“就像《九章算术》里有常数一样，天地运行也有常数。”
“R就是这个常数，无论你用什么气体，只要数量相同，这个比值都一样。”
王徵低下头，他活了七十六年。
设计过水力锯、风力磨、虹吸装置，自认对机械的理解已经超出同时代人三四个身位。
同僚们称他南徐北王，意思是南方的徐光启和北方的王徵，是天底下最懂机械的两个人。
他也一直这么以为。
可这一刻，他发现自己生平第一次，在设计任何机械之前，就能用一个公式算出气体的压力变化。
他忽然想起三十年前。
那是天启三年，他与邓玉函在扬州合译《人身说概》。
有一天夜里，两人译完一卷后喝酒闲谈。
邓玉函说起泰西的学者们正在探索一种可以解释一切力学现象的根本规律，说那规律可能关系到气体的压力、液体的流动、固体的运动，甚至可能关系到天上的星辰。
他当时听得入神，问了一句：“这规律，可有名字？”
邓玉函摇了摇头：“还没有。伽利略先生说他隐约看到了，但还没有人能把它完整地写出来。”
那天夜里，他躺在床上想了很久，想那个规律会是什么样子。
后来他就没有再想过了。
因为邓玉函回国了，那个规律就像一颗被埋进土里的种子，再也没有人提起。
此刻，那颗种子破土而出。
不是在泰西，不是在伽利略的实验室，不是在皇家学会，是在这座东方的宫殿里，由一个皇帝，用一支炭笔，写在一块白板上。
王徵转头对旁边的薄珏低声说：“三十年前，邓玉函与老夫合译《人身说概》时，曾提过一句西人正在探索的规律...原来在这里。”
他没有追问这个皇帝为什么会知道这些，甚至没有去想那个问题。
他的全部心神，都被这个简单的公式带来的可能性占据了。
薄珏瞥了一眼他的笔记本。
看见这位以笔迹工整着称的老前辈，今天的字迹比平时挤得更密，像要把每个字符都刻进纸里去。
朱友俭继续讲解了自己熟知的高中物理热学、力学后，走到蒸汽机示意图前，手指点在锅炉的位置上，准备将接下来的热力学第一定律讲给他们听。
“锅炉里的水被加热，变成蒸汽。温度升高，体积被限制在密闭空间内，压强急剧升高。”
“当这股高压蒸汽被导入气缸，它在膨胀中推动活塞，做的功等于压强乘以活塞面扫过的体积。”
说着，朱友俭在气缸旁边写下第二组符号：“w= pxΔV”
“压强越大，推力越大。温度越高，压强越大。所以火越旺，机器越有力。”
“你们在机械局反复调试的那台铜壶和气缸，原理就在这个公式里。”
宋应星一直低着头，从皇帝写下那组公式开始，他就一直低着头，盯着自己刚才在笔记本上写的那行字。
那是刚才皇帝说pV=nRt时，他下意识写下来的：“水一升，化汽一千六百升。当知此汽，亦循气理。”
此刻他想的是另一件事。
《天工开物·冶铸》卷里，他详细记录了数十种冶铸鼓风的方法。
气箱鼓风、水排鼓风、活塞风箱鼓风，每一种他都亲自测试过，记录了鼓风的力度、炉温的变化、铁水的流动性。
但他的记录全是经验，风箱大，风力强。
活塞快，风力猛。
他从没有把这些现象提炼成一个公式。
这个的皇帝，用一行符号，概括了他半生的观察。
“原来是这样。”
他低声说：“原来气箱和蒸汽机，是同一种气理。气体压强的规律...可以统一描述所有用气的东西。”
他放下笔，再次抬起头的时候，朱友俭已经让王承恩推来一辆小铜车。
小铜车不大，约莫两尺长，下面装了四个木轮子。
车上固定着一个铜壶，壶嘴对准一个铜制小风车。
风车的叶片很薄，轴心处装了微型轴承，转动时几乎没有摩擦声。
王承恩将铜车推到七人面前停下，退到一旁。
朱友俭走到铜车前，从案上拿过一支蜡烛，点燃，放在铜壶下方的燃烧室里。
火苗舔着铜壶的底部，没过多久，能听见壶里传来咕嘟咕嘟的水声。
水沸腾了。
蒸汽从壶嘴喷出来，吹动风车。
风车开始转动，先是慢悠悠的，然后越来越快，叶片在烛光中旋成一片金色的虚影，发出呼啦啦的声响。
“你们看到了什么？”
王徵先开口：“烛火烧水，水化为汽，汽吹动风车。”
“说得很对。”
朱友俭点头：“但你们漏了一样东西，蜡烛的蜡去哪了？水从哪来的力？风车转动的力道又是从哪来的？”
七人同时沉默了。
这个问题，从来没有人问过他们。
蜡去哪了？
蜡烧完了，变成烟和灰，就没了。
水从哪来的力？
水烧开了变成汽，汽就有力了，这不是天经地义的吗？
风车的转动从汽来，汽从水来，水从火来，这有什么好问的？
朱友俭看着七人迷茫的表情，转过身，在白板上写下第二组公式：“ΔU= q+ w”
“热，不是凭空消失的。”
他用炭笔点着那几个符号：“烛火烧掉后，蜡的化学能首先变成热量，传递给了水。水吸收热量，温度升高变成蒸汽，水从液态变为气态时，内能增大了很大一部分。”
“蒸汽从壶嘴喷出，膨胀时内能释放、转化为速度，于是吹动风车，内能变成了机械能。”
他转过脸，看向七人：“每一步都有定量关系。蜡烛、水、蒸汽、风车，四者之间走了一趟完整的能量转移。”
“没有任何一步可以无中生有。蜡烛烧光之后，你不可能指望风车还能因为同一批水而转得更久。”
“你们将来设计蒸汽机，需要精确计算从燃料到蒸汽、从蒸汽到活塞、从活塞到飞轮的每一步能量转化，以及中间损失了多少。”
薄珏的瞳孔微微收缩，脱口而出：“陛下，那汽吹活塞后还有余力吗？”
朱友俭点头：“有。做完工的蒸汽还有余热，这部分废汽可以从排汽口排出。”
“余力能不能再推一次？”
薄珏追问，语速越来越快：“能不能循环用？”
“可以。多级膨胀，高压蒸汽做完第一遍功后，不直接排出，而是导入下一个气缸继续膨胀做功。这叫复式蒸汽机。效率比单缸高得多。”
“那如果能量走一路丢一路，最浪费的在什么地方？”
朱友俭看了他一眼，目光里带着一丝赞许：“这个问题问得好。最大的浪费不在活塞，不在飞轮，而是在排汽。”
“废汽带走了大量的热量，这部分热量没有做任何功，直接散入了空气。”
王徵的笔悬停在纸上，久久没有落下。
朱友俭也没有因此打乱自己节凑，将自己还记载脑海的高中物理知识一一的讲解了出来。
这一讲，就是七天七夜，从力学到热学，再到能量守恒。
其中他们的问题很刁钻，朱友俭也一时无法解答，只能让他们日后试验的时候自行解决。
毕竟他自己只是一个文科生，能记住这些知识点，已经是他的极限。