【题】你认为把人类机体看作热源的理论基础会是什么呢?
【解】在物理学上把动物的机体和热源相提并论是不可行的。人们在通常情况下认为动物机体和热源完全相像——这会是一个愚蠢的错误。两者都是消耗燃料(动物机体消耗食物中蕴含的能量),这些燃料被氧化时释放能量。由此可见,两者仅仅是表面上相像而已。于是人们就草率地得出——动物的热是动物机体运动的能量源泉,就像汽缸里的热是机器运作的能量源泉一样,这样一个结论是不正确的。
有时候人们也会困惑:我们为什么在寒冷的天气里不活动的时候会觉得很冷,而工作时身体会发热?感觉这种情形本应该是相反的,因为不对外做功时热量是储存起来的,而在对外做功时热量消耗了。
上述有关人的机体和动物机体能量来源的论述是与热力学原理相悖的。因为机体不是热源,这是动物的机体和热源在本质上的不同。
动物机体体能消耗的能量是在机体对外做功时食物消耗转化而来的热量——这种假设是不合理的。简而言之,为何不是原先储存在机体中的食物变为热量,然后转化为功的形式呢?热力学认为,仅仅是在热从高温物体(加热器,如汽缸)转移到低温物体时所发生的过程就是热量转化。这里,转化为功的热量值和来自加热器的热量值之比与加热器和冷却器温度之差与加热器的绝对温度之比是相等的(在这里表示效率系数,T1是高温物体的绝对温度,T2是低温物体的绝对温度):
我们试将这个公式应用于人类机体(假设人类的机体是热源),众所周知,在正常下人体温度大约是37℃。很显然,由于两个温度之间的差异是所有热源做功所必须的条件,所以这个温度是两个有差值的温度的其中一个。换句话说,37℃不是高温度(加热器的温度),就是低温度(冷却器的温度)。我们已知人体的能量利用效率大约等于30%,也就是k=0.3,然后利用上面的公式,对下面的情况进行分析:
第一种情况,37℃是加热器T1的温度(绝对温度310开尔文),T2(即冷却器的温度)可利用下面的等式求出:
0.3=(310-T2)/310
所以可得到,T2=217(开尔文)(绝对温度),即-56℃。这就说明在我们身体的某个部位温度会是-56℃!会像一些书的作者所说的那样,假如效率再高一点,准确来说也就是50%,我们会得出更大的谬论:温度会到达-118℃——在我们身体的某个部位。
也就是说,动物机体里的高温度不是37℃,那动物机体里的低温度是不是呢?我们一算便知。
第二种情况,冷却器的温度是37℃。这样T1=273+37=310(开尔文),所以当k=30%时:
0.3=(T1-310)/T1
所以可以得到,T1=443(开尔文),也就是170℃:即在我们身体的某个部位的温度为170℃[当k=50%,得出T1=620(开尔文)(绝对温度),即347℃]!
没有任何一个解剖学家发现在人体内的某个部位的温度高达170℃,也没有哪个部位低到-56℃,所以对于把人的机体和热源相比并论的观点,我们就不得不摒弃了。
莱赫尔教授在《医生和生物学家的物理学》一这样写道:肌肉不是热力学意义上的热源。
化学能量在我们的肌肉里是间接地转化为功的——现在我们就可以这样肯定地说。