热能的转化

如果你用一定燃料（煤油、天然气或煤）烧炉子而获得的热量是 X；如果同样多的燃料在发电厂燃烧，由此发的电全部通过电炉来加热你的房间。电炉此时：

产生的热量远远小于 X，因为热量不可能完全转换成电能。

在多数发电厂附近，你会看到冷却塔将热水放入河、湖或流湾中。原因是热能无法百分之百地转化为电能，必定要浪费掉一部分热能（在水电站这种浪费可以忽略），因为除了很小量的摩擦外可以认为落水的机械能可以全部转换成电能。为什么传到冷却塔、河中的热量不能通过循环再回到动力厂的锅炉里呢？因为热量自己是无法由低温物体转移到高温物体的，而锅炉温度总是远远高于废热的温度。为什么不用热泵迫使废热进入锅炉呢？因为热泵工作要消耗能量。在消耗多少能量呢？至少与动力厂在产生这些废热所耗的电相等，于是也就没有什么剩余的电力供输出了。

首先，为什么会有废热产生呢？因为在蒸汽机或汽轮机中，汽体必须膨胀以推动机械活塞或汽轮叶片。汽体膨胀时它的温度降低，如果汽体能够膨胀到使其温度降为绝对零度，那么全部热能就都用来作功了。但实际上，它并不能比外界温度低（约为绝对温度 300 度），因此，你无法利用全部的热能。

下面这种方案如何？你可以使蒸汽膨胀后变成水，再将热水放回锅炉。这样做还会有什么损失呢？你会认为没有损耗了，因为似乎有了一个闭合的循环，但你错了。首先，蒸汽膨胀作功推动活塞时要耗掉一部分能量，当然这正是你所需要的，因此我们算它是能量损失。浪费在下面：蒸汽膨胀直到温度降为 100℃，这时机器内部压强与外界大气压相同，它不能再膨胀了。这时它还不是水，而是 100℃的蒸汽冷凝成 100℃的水必须排除冷凝时释放的潜热。100℃的蒸汽变成 100℃水时，温度不变，却有很大一部分热量放出， 这一部分热量不能回到锅炉，因为它的温度仅 100℃，而锅炉的温度却远远高于它。冷凝的潜热成为废热，大糟糕了，为什么锅炉的温度一定要高于 100

℃呢？因为 100℃蒸汽的压强未超过大气压强。

当你为电热器付钱时，你不仅要为加热你的房间的热量付钱，还要为加热河流、大海和天空付钱。