与李兴中先生商讨冷核聚变中的“过热”现象是能量还是热量的问题.doc

摘 要因长期从事电极加热水工作，发现加热电导率高的水溶液时，电热效率比电热管加热水时高。这与前几年风摩世界的“冷核聚变”电极中有“过热”，同属一种现象。经过数年从实验和国内外理论的追索，发现使众多科技工作者都误把电极中的“过热”，看作有新能量产生，得出“冷核聚变”的结论。究其原因还是教课书中对热量或“热能”没有说清楚，造成世界性“冷核聚变”美梦久久不散。我们的院校有责任来结束这场梦！Article subject: In electrode water heating, only “OVERHEATING” no “COLD FUSION”Arthur: Jiang Lin, EngineerAddress: Rm. 1102, Building No. 8, Lane 458, Wei Ning Road, Changning District, Shanghai, PR CHINA.Long time working on electrode water heating, found out when heat up the high conductivity Aqueous solution, thermal efficiency is much higher than using catridge heater. It is the same phenomena as overheating caused from so-called Cold Fusion that was popular over the world. After several years experiments and research on the global theory, I have to point out that a lot of science and technology workers have misunderstood the overheating from electrode is a kind of new power and come to a conclusion of Cold Fusion. The reason of this misunderstanding is from unclear expression about heat and heat energy in our textbook. And this unclear education induced the great dream of Cold Fusion all over the world.As the old school mate of The Huazhong University of Science and Technology (HUST), I have the responsibility to close this dream.收稿日期：2012/11/20作者简介：江林（1944.09.20），男，工程师，18616880054163.com电极加热水中只有“过热”没有“冷核聚变” 前言:在上世纪末从事电极式热水器生产测试中,就发现电极加热受污染自来水时,电热效率猛增,常烧坏设备,对此十分不解。但始终没有放弃追索原因，直至2010年有幸看到“电化学”一书中论述，才明了电极电热转换效率极高原委。申报专利后近一年,才从大量文献中理清楚被“冷核聚变”误判在电极中产生的“过热”现象。论证了是质子电流正常高电热效应现象，并没有新能量释放热量。首先在此不能不从世纪争论电极中的“冷核聚变”说起：自1989年3月弗来希曼和庞斯在美国宣布在常温下用电极电解重水,产生了异常热量输出和少量中子。引起世界轰动，被称为“冷核聚变”的电解实验中,至今没有核聚变产物。其实核物理学家至今也不承认“冷核聚变”，因核物理学家认为,只有在太阳内部高温高压下才会发生氛核聚变。而现在常温常压下,是不同能发生冷核聚变反应。化学家解释说在电解中绝没有化学能产生热，只能从核能放热解释？当年庞斯也公布了电极加热轻水的“过热”报告。但不知后来又为什么撤回了报告？但是说明了他在认识上的“迷茫”。 自1989年3月以来全世界的物理和化学界在探索所谓冷核聚变，还有成立“冷核聚变”协会。国际权威刊物（科学）杂志于1998年6月载文称：后对冷核聚变不怀疑下列事实，多数设备产生异常热量输出，有些己投入市场，有些已获得专利。同年美国核科学协会将“电化学低能核反应”列入年会正式讨论。但至今没也有电化学低能核反应的论述。根据2004年清华大学物理系李兴中先生在百度网站上的“无标题文档”中基本汇集了近二十年来国内外对“冷核聚变”出现各类过热现象，并分析道：都不否认电解槽中过热现象，已从低水平过热，发展到高水平过热，甚至达到350%。因人们争论的核心是电解槽中的“过热”是否由“冷核聚变”产生的研究已经势微了，并指出有向固体物理晶格方面探索“过热”原因的新动向。可也没有看到实际理论依据的论文发表。但都抓住“过热”现象不放，作为新能量产生的依据。其实人们判断“冷核聚变”实验中产生了异常“过热”,是把电阻浸入式加热水的电热效率近似定为“1”，作为参照对比标准而得出的结论 。一般加热1升水,上升1度需热能为4184焦耳热, 1度电=36000000焦耳热量。一以电热管加热水效率近于“1”,作为电热转换参照标准:以下分别采用电热管和碳电极加热水，在电源220伏市电，测量数值如下：加热方式电热转换效率%数值 产品产地普通电热管浸入式加热水 98%接近于“1” 港产电热水器商品 电热管外水套管加热流动水 在120%左右 英在港电热水器商品大片状电热管低温加热流动水 在120-130%之间 德商广东鹤山公司热水器碳电极浸入加热锅炉内流动水 在140%左右 北京俄华电子公司电极锅炉碳电极加热管内流动自来水 在120-160%左右 深圳天泉公司和福大电机公司碳电极加热配制高电导率电解液 在160-300% 发明专利申请号201010516590,5上述数据是十几年从事电热水器开发研制生产中,测试过各种加热器具,尽管不精确，但说明了一种趋势，即使同用电阻热效应的电热器具加热水，由于电热能转换方式和热传导面积不同,加热体与被加热液温差大小等因素,都会引起电热效率也不同。以电热管加热水效率近似为“1”的参照标准，用它作为能量转换效率时对比是约定俗成做法。但是由于热力学繁杂难理解，十分难于记忆。倒是电阻电流热效应一焦耳定律简单易记。渐渐演变成判断能量守恒标准了。电流热效应的焦耳定律被当作能量守恒定律，误判就此开始。二.分析电能热量转换物理过程,存在能量(火用)流失原因: 从能量守恒观点看，上述数据似乎不可思议,但这是千真万确的事实。问题是应该如何解释? 分析电阻热效应,如果仅从电流热效应的焦耳定律和热力学第一,二定律还是不容易理解上述现象。所以应从工程热力学理论和研究热能转换效率的工程实例入手，并引入“内能”和“熵”的存在。“热能”属于第二类能量，它具有可用能（火用）和不可用能（火无）。参阅(工程热力学年出版和学习指导年北京理工大学出版) 经典热力学中有代表性的理论体系，用不同论证方法，论证了“内能”及“火用”的存在。至于为什么会在热力学定律外又提出“内能”和“火用”等，会在最后解释。1. 电热管在加热水的热力过程中,要从分子运动能量和势能转换的效率分析: “ 严格的说，热在理论物理学中指的是通过分子的无规则运动或辐射，从一个物体传递到另一个物体中的一种能量形式，而不是物体一种固有属性”。而研究电热转换效率也就是在研究能的热量火用的效率。电热管因电阻热效应产生高温热能,热管以极小面积传导和辐射高温热量，使水分子汽化传导动能。而汽化水分子是遵守布朗分子的无规则运动向液体传递动能和势能,汽泡上升引起液体搅动使液体的动能增加，冷热液体混合缓慢使液体温度上升。在这一热力过程中存在动能多次动势能转换中的“可用能”损失。从分子布朗运动分析,我们应能理解能量在转换中有损失，这在蒸汽热机中有非常直观的认识，即热机的“卡诺”效率。所以依据工程热力学理论：任何系统在经历了热力过程之后，并使系统和外界都回复到初态不留下任何影响，我们把它称为可逆过程。同时又提出在包含下列等因素之一时即为不可逆过程： 温差传热、电阻热效应、自由膨胀、混合过程、节流过程、摩擦生热、黏性流体、阻尼振动、燃烧过程、非弹性变形和磁滞损耗等等。(工程热力学学习指导 北京理工大学出版社 2008年1月出版 第12页) 如符合上述热力过程都存在热量“火用”流失。电热管加热水时有多个不可逆因素。如电阻热效应，温差传热，汽化膨胀，冷热混合等等不可逆因素，存在多种热量(火用)的流失，这都是造成电热管的电热效率低下的原因。2.我们在测电热器加热水时，习惯把电热管加热水的效率看作为“1”，作为我们判电能转换热量时的唯一参照标准。长期在这种情况下，自然形成以此为“能量守恒”标准的判断。例如前面列举有水套长电热管和大片状电热管的电热管电热效率，他们比小外径电热管电热效率高出20-30%。我们不能把它们多出的热量定为是“冷核聚变”释放的热量,或者得出能量不守恒的结论吧？关于电能转换热量超出参照标准现象引起误判原因在后面解释。 经典的焦耳定律受人类认识所限，它仅表答出电阻加热煤油时电流热效应的量化的电热当量关系。但开发过油电暖器的人都知道，用轻质煤油比重质煤油电热效率高。而把电热管加热水的电热转换效率约定俗成地近似看作“1”，是为我们实验时作为对比参照方便。同时也要清醒记住他不是判断能量守恒与否的标准。3但是如要精确计算电热管流失的热量（火用），在目前相当繁杂困难。我们可以用对比方法计算出电热管的电热转换效率。请参看 热能转换与利用 （第二版） 2004年冶金工业出版社出版在P110页-P111页中介绍了空气热泵供热和电热管供热,在消耗相同电能时，热效率不同，以下简单介绍一下。在冬季取暖室温要在20 度,采用电热管加热油暖气1kwh功率全部转换为热能为3600kj的热。在同样室温下，消耗与电热管同等电量功率，而采用空气热泵供暖热量是电热管五倍多,热(火用)效率为0.45%。而用电热管能够提供的热量（火用）的效率仅为0.085%,在电热管加热过程中，有，的高级电能变成（火无）流失了。当然空气热泵耗电能是把室外大量（火无）转移到室内利用，再加上电能压缩空气分子间距，产生气体温度上升，成为可利用热量。在总体上是体现出热泵的热（火用）效率为为电热管的倍，可节约电力。从前面众多实例我们应认识到电能转换到热量，尤其是用电热能加热水由于转换方法和途径不同时电热效率会有巨大差异。这是长期工业生产实践总结出来，并有工程热力学理论作为坚实基础。我们从上述简单计算中看到电能转换热会有很多方式，得出相差极大的电热效率也是正常的。能量守恒与否是由热力学定律来解释和判断的，仅以电热管电热效率近似“1”，作为能量守恒当量标准来判断“冷核聚变”释放了“超常过热”，是极其错误的判断。这因为是追求“冷核聚变”实验的人们，是他们还不知道电极中的高电热能转换效率是怎样产生的？才会提出“冷核聚变”的错误判断。 三.电极加热水时产生“过热”现象, 被贴上“冷核聚变”的标签；首先要指出电极直接加热“轻水”与电热管间接加热水，是电能两种“完全不同”的电热转换的方式。电极加热极稀释高电导率的溶液时，水既是导体又是被加热体。是电流直接“流过水分子”中，没有经过传导等不可逆过程。是由电子直接产生高电热效率的现象。虽然我们仍依靠电热管电热效率为参照标准。问题出在电极加热水比电热管加热水多出热量，就认为产生了新能量释放了热量。在没有化学能释放时，就猜测是“冷核聚变”释放热量，十多年来一直是科技界追求的“梦想”。现在的实际状况是；尽管不知电极加热中多出热量的原因，但仍被工业界对其“超热能”却加以工业应用，来达到节能目地造福人类，己是不争的事实。根据世界各地报导的“冷核聚变”实验的人们，也从追求核聚变，转向追求产出超常热量。并取得专利，加以工业应用。在中国科易网上就有“冷核聚变”的热能锅炉技术转让；在国外有意大利的安德烈-罗西大力推销“镍氢聚变”供热堆，避开“核”称为镍氢“冷聚变”。不知理论依据是什么？至今也没有推出商业用途的热能锅炉。把一项好好的加热技术变成了“魔幻技术”。 另据英国每日邮报年月日报导，英国cowatts公司开发出电极加热含碳酸钾和催化剂铬合物溶液的电热能供暖器，具有输入电能后有倍“热能”世界名大学纷纷检测此装置，英国约克大学的吉姆.里昂在测试这个“电热能箱”后说:“这套系统运转起来,不用费力就能获得是输入电能的1.5-2倍热能。我们还不清楚是什么科学原理在起作，因为其中涉及的物理、化学过程与以住都不同。我们现在面临的挑战是对其进行解释。”但他们推测可能有一个末认知的能量在发挥作，它可能以水中氢原子的亚原子状态有关。 参阅(2007年9月17日 中国日报网站 1倍电能化2倍热能 热能箱打破能量守恒定律？) 在这里是唯一没有拿“冷核聚变”做挡箭牌，因为用的是碳电极，不知为什么英国约克大学至今没有发表对电极热箱中产生二倍“热能”原因的论文？ 与上相同众多实验如长春理工大学金丽虹等三人硕士论文Pt(H)_Ni系统过程中的“过热”现象研究中 图4.11,4.17,4.19三图，表示出分别用电阻加热和电极加热碳酸钾水溶液产生的温度曲线，也是依据电极加热液体温升对比电阻加热温升高，就判断得出是“冷核聚变的”释放出“过热”，这是违反科学的错误结论。因为他们没有核能释放的证据。但翁占坤的硕士论文中，充氢实验证实了氢在水溶液导电时对提高电热效率的作用。四.既是在电解槽内发生“过热”现象，应由电化学理论解释；从公布的信息看到：化学家说出现“过热”现象，其中绝对没有化学能释放，所以只能从核能释放解释。而核物理学家决不承认是聚变产生热能，因为从未见到核聚变副产物。据说这一切都是因为谁也不愿“冒犯”传统理论之说。（参阅李兴中先生在百度文库中“无标题文档”一文 清华大学物理系 北京 100084 ）以我看不愿“冒犯”要从叁个方面来分析：一、是否存在“冷核聚变”这应由核物理学家根据核理论解释；二、是电化学中电热能“过热”现象，是怎样产生的,则应从电化学理论和工程热力学寻找解释。三、是由于参照标准理解上引起的“误判”，前面己解释了原因。 1. 以量子力学量子化学观点分析电解槽中电热转换过程： 根据电化学理论，电解槽中产热是金属离子和酸根与水分子共同产生的“电流热效应”现象，所以要从电化学中离子导电方面解释。要依据以量子力学和统计学，分析水合质子、金属离子水化层平均动能和水合层“晶格”振动平均动能与绝对温度的关系。在此就要借助电化学理论来分析，解释电场是怎样将电能“注入”水分子之中形成“过热”。下面的解释涉及电化学质子迁移和异常电导率等等十分繁杂。所以请首先参阅（电化学 第二版 德国卡尔H哈曼等三人著 陈艳霞等人译 化学工业出版社2009年出版）。 在书中P18-P48，对电解液电离，离子摩尔电导迁移率，水合质子，水合层立体网，质子隧穿运动，氢键断合，能量转移和水中质子电流热效应等现象,作了精辟的论述。如果你认真看后就会得出：它其实已回答了“冷核聚变”中电解槽电极中异常热量从何而来！ 2.下面根据量子化学中理论和数据进行分析：在极稀释电解质水溶液中,没有电中性分子存在，而100%是阴离子和阳离子。它们的特点是：非挥发性，低熔点，宽液程，强电场，宽的电化窗口和良好导电导热性，同时还要具有高热容和高稳定性的摩尔电导率为个别离子的摩尔电导率之和，达到“最大”电导率。在电解液中是温度每升高度，电导率升高。观察到水溶液电解质越稀释时电导率越高。但当溶液浓度增加到一定比例,电导率与浓度关系就不存在了。（参阅电化学 P18-P20中表.2.3和表2.4)。 根据实验得知对电导率迁移贡献最大的，不仅是以电解质的金属离子和酸根迁移电导率。而是由极稀少的金属离子的静电引力与水分子偶极矩引力，形成水合质子导电的多层立体网络，为质子提供了快速“隧穿通道”。（参看电化学 P48中图2.19）和（参阅电化学P25）也就是由各水合质子串连形成质子迁移的立体“隧穿通道”。在电场引力作用下，质子以高速穿越电极之间距的立体水合质子网络，形成质子电流热效应，使水急剧升温至沸腾。而从宏观看这是在电场引力场内，体现出H离子向负极移动和OH离子向正极移动，而形成电流热效应迅速使水温上升，这说明电极加热水是以量子定向运动传热；而电热管加热水是分子无规则运动和辐射传热。两种绝然不同的电能转热量的转换速度，也就确定了他们的电热转换效率有极大的差异。能的转换恒减，熵是恒增，这就是熵决定了时间之矢。 四质子电流热效应的实质原因； 从本质上说，并不仅仅是质子和氢氧根离子都快速相反移动使水分子产生热量；也是在电场引力作用下,使大量水合质子的立体网络的氢键不断地以高速“断合”，同时水合质子因自身引力,使水合分子氢键又重新排序。在电场引力下使大面积立体的“晶格”网络高速“断合”振动。尽管每个氢键引力微弱，但是在极短时间内亿万水合质子的氢键高速“断合”和排序，积累的内能效果是明显的。即使有少数中子和粒子释放，也改变不了大量质子动能所引起热能进行转换的大方向。在“电场引力范围内”的水温在“极短”时间高速上升和汽化，显示出比电热管更高电热转换效率,这是质子电流热效应正常的电热能转换效应。（参阅电化学 P26倒数第5行)我们说这仅是一种“全新量子”的加热水方法，它遵守能量守恒。电极从电场引力使氢键断合的动能积累看，其热力过程没有电热管中热力过程中多个“不可逆因素”，因而电极加热效率高,但只要存在热力过程，也存在热量（火用）流失。但用电极加热水远比电热管加热水电热效率高是不争的事实，这是一种高效“量子”加热方法,并未“冒犯”能量守恒。五、以下我们以量子电化学学观点分析几个电极中电热能转换原因。1在此简单分析一下英国Ecowatts公司的“电热能箱”工作原理：据公布的电极热能管解剖图示，它是以碳电极片交叉相距分组分别接在交流电源上,溶解了的碳酸钾和铬合物催化剂的水溶液,在电场作用下导电加热水温度上升，使水中碳酸根的二氧化碳逸出,水中仅留下金属钾阳离子和铬合物等。这时溶液成为“极稀释电解质水溶液”,电导率骤增。水合质子与一价碱金属离子形成内水化层,水分子数约为3。而铬合金催化剂溶解后,金属离子形成多个内水化层,水分子数为6个,共同组成水合金属阳离子的立体水化层网络。这是符合前面质子高速“隧穿”运动条件，在电场引力之下,亿万水合质子氢键反复断合，积累大量动能,使水温度快速上升，这样热电解液和热二氢化碳气体在暖器中循环流动完成电热供暖。这符合“电热箱”研究者估计是水中氢原子的某种亚原子状态存在即质子的看法。但是他没有能深入探索原因，所以说不出多出一倍的“热能”从何而来。2市场出售过的电极热水器电热效率高时易损坏原由:用电极直接加热自来热水器，遇到含有极少量海水的自来水加热时,金属钠离子形成内水化层也有水分子数约为3，而氯离子会形成自己水化层,不过仅有一层含4-6个水分子。其电导率比纯净的自来水电导率超出数倍，使用时因温升电导率大增，使电流超载造成继电器损坏，但这时电热效率常在180%左右。如果适当调节电极间距加以利用，这对于因地球变暖,海平面上升,造成自来水含极少量盐时,用电极加热可节能是有现实意义。但是随自来水中盐分提高后，电热转换效率反而大幅下降,这是从海水养殖箱直接加热得出的结论。 3下面再分析一个最近罗西的镍氢“冷聚变”热装置；2011年11月意大利科学家安德烈-罗西表示他制造的一个机器已成功实现“冷聚变”,但从公布的资料分析:怎么看都像“高温可燃镍氢电池”输出电加热电解液积累热量维持自循环散热状况（因装置中没有散热器）。撒掉330瓦电功率后，大概维持6小时。相当输出4.96千瓦总功率的热量，副产物是铜。罗西说是镍氢聚变反应，众多科学家评论说：我们不得不同一罗西的说法，因为无法解释那些多出来的热量从何而来。让我们首先分析公布的资料：电解液从铜和不锈钢管中间流过，同时放入镍粉和充入氢气，管外绕上电热丝加热并对电解液充电使液体升温。轻水、镍粉和溶于水的氢原子构成前面我们所述的极稀释电解液，由镍铜等金属离子构成水化层，形成水合质子立体导电网络。在高温度催化下，液体具有良好电导率，而氢离子“呈略酸性”。在不锈钢管与铜管之间形成“原电池的电位差”，氢离子就会形成电荷转移，“原电池”电流加热了自循环的电解液产生了热量，撤去供电原电池加热系统自行循环数小时冷却下来。如果不能对外供热，仅维持自身供热，则没有实际应用价值。另外此装置能否进入实用供热，还要计算一下，为此消耗的电解铜时所费电功率是否合算，另从市场对比其他供热系统有否优势。至于说氢进入镍晶格中，其实镍钛合金属就有吸附氢的特性，这是从事氢气贮存运输人员早已知事实。请参阅（已公布发明专利申请号201010516590.5对认清上述装置有帮助）。 罗西依据断电后能供热量和氢渗入镍为根据就说是镍氢“冷聚变”，仅仅是取消一个“核”字，也是无法在理论上找到依据。 六.电极加热稀电解液的高电热效转换属于能重复验证的实验；就应用电化学理论来解释，而卡尔H 哈曼等人著(电化学 第二版)代表了现电化学业界最新理论成就,这是自1998年出版的电化学科书，受到广泛好评后，又修改后出第二版。它代表了当前国际电化学发展最新状况。它从理论和实验上已回答了“冷核聚变”中过热现象。 （电化学）是从量子力学的观点，来分析离子导电所引发的电流热效应，宏观上质子异常电导率迁移率引起的电热现象，实质是亿万氢键“运动”的热效应的积累的结果，根本不存在突发的核聚变的热量。更没有与传统核理论发生冲突。(电化学)它不仅仅从电化学基础理论分析，而是通过在先进的科技设备，检测验证分析的结果。（参阅P42-P43）例如采用光谱.散射和衍射技术都被用来研究金属离子的水合层立体结构,而研究水离子的内水化层的水分子数约为3，而其他二价和三价阳离子内水化层水分子数为6的清楚的多层立体结构。（参阅图2.19水化层与水合金属阳离子局部结构图）。这些结果与前面用其他方法得到相互印证的结果。特别是可采用O核磁共振ONMR 法，研究极稀电解质水溶液在导电时,在不同水温时,水分子动能的交换情况,可进一步提高电热能转换效率。实验证明“质子导电”引起电热效应，在不同温度下，电热效率也不同。因此说明（电化学）中对水合质子氢键断合积累内能的结论是建立在坚实的科学试验基础上得到的，（参阅 电化学 P25-P27和P42），这些实验都是可以由专业人员重复验证的。 具有讽刺意味的事，恰恰是全世界各地对“冷核聚变”的重复实验 不断验证了电极中的“超常热量”，是质子电流产生高电热量效应的现象。 七为什么众多物理化学界人士都把电极中“过热”看作是“冷核聚变”释放?对于这个问题相当长时间(二年左右)也困绕着我。我们必须承认热力学是一门艰深而抽象的学科，它与力学和电学学科似乎没什么关联，以致我们无法用物理学或其他分支中理论来，类比的方法来解释。所以我们常以生活中直觉经验来判断和理解热力学，这就更难理解如熵、焓、态函数、自由能、火用 和火无。“严格地说，热在理论物理中通常指的是通过分子的无规则运动或辐射传递到物理体中的能量，而不是什么包含于或产生于物质内部的东西。在物理学中热与功一样，代表从一个物体传递到另一个物体的一种能量形式，而不是物理的一种固有属性。”引自新概念力学 德国Georg Job著 陈敏华译 华