TBBT第4季19集: 扎内基入侵（附视频）

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（文/大卫·萨尔兹保）在最新的一集中，男孩们表示都了解内燃机是如何工作的。让我们也来学学它如何运转，也许有天你会碰到和他们一样的状况。
, w, F8 F+ o% x4 e做解剖的不只有生物学家。我上大学时，我们“解剖”了一台内燃机。这不仅同切青蛙一样简单，而且还可以避免吸入福尔马林“销魂”的气味或是感到内疚。
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恰似解剖青蛙，拆解飞机引擎是学习引擎工作的绝佳方法。
但是我们首先还是来剖析一下内部燃烧引擎(nternal combustion engine）这个短语吧。
任何把贮存的能量转化成有用的机械动力（用物理学家的说法是做功）的工具都可称作马达。甚至把自身所吃的食物转化成赛艇动力的运动员也是一台马达。但通常如果一台设备用热能工作，而不是电能或其他能源，我们就把它称作“引擎”。
另一个代表燃烧的词汇是“combustion”（燃烧），即为引擎提供热能。燃烧的圆木也可以提供热能，但像石油和天然气这样的矿物燃料燃烧每克所释放的热量几乎比其他任何物质都要多。唯一的例外是氢，它燃烧每克所释放的热量比甲烷和汽油多三倍。鉴于上涨的燃油费是飞机飞行的主要成本，我不明白为什么飞机不使用氢燃料。
: y! P% W2 n  d: a# G* v8 d7 p, ?通常机械工作首先由流体完成，例如蒸汽或热气。如果引擎中被加热的流体和提供热量的流体分离，那么它就是外燃机。例如，在蒸汽机中，木材或其他材料燃烧，加热产生动力的蒸汽，但是在内燃机中燃料的燃烧直接产生动力。这种简单的方式带来了高效性和经济性。
$ Q; p8 [9 A5 H) z长话短说，如果你在一个小容器中放入少量易爆燃料和空气并点燃它，那么它会以膨胀的形式释放出大量能量。采用精妙的方式利用这些气体，你就制作出了一台引擎。
气体膨胀推动活塞做功。我们在大学里拆解的引擎叫做二行程引擎，因为它只通过两步就完成了全部工作。但是常见的，在汽车中使用的是四行程引擎，它的工作原理更容易理解。

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雪佛兰引擎的活塞。活塞把膨胀气体的能量转化成机械能。
3 ^7 R7 D- `8 |! j7 B3 Z7 T# d它的四种舞步是：
9 U1 c; S, B! X8 M0 n7 q行程1（进气行程）：活塞拉回，进气阀门向已经混合完成的燃料和空气开放。活塞的拉回过程使可燃气体充满进气阀门留下的孔。
( B7 I1 J, l3 J/ d. J行程2（压缩行程）：阀门闭合，活塞前进。这个过程气体被压缩，但是更重要的是把活塞放在合适的位置迎接即将到来的燃烧和膨胀。
4 e" c- g6 x& H) ?行程3（做功行程）：油气混合体由火花塞点燃，活塞被巨大的力量向外推。这是循环中产生机械能的过程。在汽车中，移动的活塞推动曲轴，所以活塞运动可以快速转化成转动的能量。汽车利用以旋转形式储存的能量驱动车轮。车轮与路面接触，轮胎和路面的摩擦力推动汽车前进（如果引擎反转汽车则会倒退）。
行程4：（排气行程）排气阀门打开，燃尽的气体被排掉。
/ j, d( y* D3 q; ?# r' {注意整个循环中活塞两次进出气缸，但只有一次做功。
这个过程每分钟重复上千次。通常汽车中的每个活塞都在不同的行程，所以利用一个活塞做的功可以使其他活塞完成行程，曲轴在活塞运动时旋转。这种活塞运动称作往复运动，所以此类引擎也被称作往复式引擎。
引擎一旦工作起来基本万事大吉，但是发动却需要技巧。大家应该都遇到过冬季发动汽车的困难或是曾被割草机的点火线惹恼。
7 o3 k! @: w* e5 v) {任何形式的活塞泄露都是噩耗。它会造成失压，可能导致莱纳德的悲剧。同时曲轴周围的油可能泄漏进燃烧气缸，燃烧产生烟雾的同时也损失了汽油。
% |, N% I6 d" H如果莱纳德的问题是漏油过多，那么它对引擎的破坏可能让我们再看不到他驾驶那台可爱的汽车了。
原文看这里
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; {) ?. W% E7 m, a3 T: o' E7 M8 B博主介绍：大卫?萨尔兹保（David Saltzberg）是美国加州大学洛杉矶分校的物理、天文学教授。与此同时，他还担当着《生活大爆炸》的科学顾问。剧中Sheldon一伙所说的那些专业术语，全部出自此人之手。在他的博客里又进一步阐释了那些令人挠头的科学小知识。
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1 L" y0 H: P4 h/ ][版权申明]本文由 David Saltzberg 授权果壳网（ guokr.com ）发表，转载请注明出处。

zoezhou

还是得看市场，所谓石油枯竭是指便宜的石油枯竭。像油页岩，油砂这些以前不屑开采的油气资源现在也不那么贵了，而且储量也丰富。燃料电池的氢气制备很大程度上依赖于fossil fuel，从biomass过来的那部分还要跟吃不饱饭的人类抢食。而且燃料电池的最大问题在电池内部，在燃料的纯度要求。系统上，还有infrastructure 的建设投资。今年美国政府就停止了对fuel cell研究与开发的任何拨款。几个大公司也裁撤了fuel cell的部门。学fuel cell的基本上找不着工作了。
电网传输的经济性确实是个很好的point，期待smart grid了。