Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck
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0:08 - 0:12如今世界上有十亿辆车,
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0:12 - 0:13它们可以把人们带到需要去的地方
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0:13 - 0:16但是车子并不只是一种交通工具
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0:16 - 0:19它们本身也是一门需要去学习的化学课
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0:19 - 0:22车子的启动过程从发动机气缸开始,
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0:22 - 0:25汽油从喷油器中喷出
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0:25 - 0:27然后大量的空气进入进气阀
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0:27 - 0:30在被火花点燃之前混合在一起
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0:30 - 0:33以此形成气体,扩大和推动活塞
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0:33 - 0:37但燃烧是一个放热反应,这意味着释放热量。
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0:37 - 0:39而且是很多热量
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0:39 - 0:41然而当这些热量从排气尾管释放的时候,
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0:41 - 0:46剩余在引擎的热量需要吸收、运输和释放
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0:46 - 0:50来避免金属部件变形甚至融化。
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0:50 - 0:52这就是冷却系统的由来。
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0:52 - 0:54让一种液体在整个引擎边上流通,
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0:54 - 0:57但是哪一种液体可以吸收那样的热量呢?
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0:57 - 0:59显然水会是第一选择。
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0:59 - 1:01毕竟,它的比热容,
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1:01 - 1:06也就是一定质量的物质每提高一摄氏度所需的能量
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1:06 - 1:08比任何其他的常见物质的比热容都高
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1:08 - 1:11而且我们有很多需要吸收的能量
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1:11 - 1:13但是用水来冷却会带来更大的麻烦
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1:13 - 1:17首先,水的冰点是零摄氏度
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1:17 - 1:19由于水在结冰的时候会扩大体积,
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1:19 - 1:21一个寒冷冬天的夜晚也就意味着
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1:21 - 1:23一个破碎的散热器和一个损坏的引擎
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1:23 - 1:25这是一个令人心寒的前景
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1:25 - 1:27考虑到引擎可以承受的热量
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1:27 - 1:30相对100摄氏度较低的沸点
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1:30 - 1:34会导致一种后果,那就是人们会被蒸熟
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1:34 - 1:36所以,我们用了一种溶液取代了水
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1:36 - 1:40一种由溶质和溶剂组成的均匀的混合物。
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1:40 - 1:45其中一些溶质的特性是根据溶剂的量而改变的。
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1:45 - 1:48这些特性被称为溶液的依数性,
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1:48 - 1:51幸运的是它们可以降低凝固点和提高沸点。
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1:51 - 1:57因此,溶液相对于纯溶剂有着较低的凝固点以及较高的沸点,
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1:57 - 2:00而且溶质越多,差别越大。
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2:00 - 2:02那么为什么这些特性会改变呢?
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2:02 - 2:08首先,我们需要理解,温度是测量粒子的平均动能。
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2:08 - 2:10液体温度越低,这种能量越少,
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2:10 - 2:12而且水分子的运动速度也会变慢。
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2:12 - 2:15当液体结冰时,分子运动速度减慢,
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2:15 - 2:17速度慢到足以让它们的引力来进行相互作用
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2:17 - 2:20自行地排成一个晶体结构
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2:20 - 2:24但溶质粒子的存在阻碍了这些引力,
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2:24 - 2:28需要一种溶液在自行排列前冷却下来。
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2:28 - 2:31至于沸点,在液体沸腾时,
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2:31 - 2:33它产生气泡并充满了蒸汽,
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2:33 - 2:37但要形成气泡 蒸汽压必须要变得很强
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2:37 - 2:40因为大气不断压低表面的液体。
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2:40 - 2:43随着液体加热,蒸汽压会增强,
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2:43 - 2:46然后当蒸汽压和大气压是一样的时候
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2:46 - 2:48就会产生气泡 发生沸腾的现象。
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2:48 - 2:51溶液的蒸汽压比纯溶剂要低,
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2:51 - 2:54所以溶液必须 加热到一个更高的温度
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2:54 - 2:57以此来和大气压强抗衡
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2:57 - 2:59还有一个额外的好处,在散热器的压力
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2:59 - 3:01一直保持比大气压强的状态
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3:01 - 3:05再高25摄氏度就可以达到沸点。
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3:05 - 3:08通常在冷却系统中采取的溶液是
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3:08 - 3:11用一种50/50的乙二醇和水的混合物,
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3:11 - 3:18这种混合物的凝固点是零下37摄氏度,沸点是106摄氏度。
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3:18 - 3:21在最受推崇的70/30的比例当中,
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3:21 - 3:25凝固点比零下55摄氏度还低,
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3:25 - 3:29沸点将提高到113摄氏度。
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3:29 - 3:32由此看来,添加的乙二醇越多,
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3:32 - 3:35保护的能力越强, 所以为什么不用更多的乙二醇呢?
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3:35 - 3:37好吧,结果是你不可能有太多的好东西
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3:37 - 3:39因为在很高的比例中,
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3:39 - 3:42凝固点的温度实际上又会升高。
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3:42 - 3:45溶液的属性和乙二醇的属性相对应,
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3:45 - 3:48都在零下12.9摄氏度结冰,
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3:48 - 3:51比我们获得的溶液的温度高。
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3:51 - 3:55该溶液流过发动机,在这过程中吸收热量。
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3:55 - 3:58当溶液流到散热器的时候,溶液被风扇冷却下来,
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3:58 - 4:00还有从车头吹过来的风也使得溶液冷却下来
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4:00 - 4:03这些都是在溶液返回到热的引擎室之前发生的。
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4:03 - 4:05所以,一个高效安全的发动机冷却液
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4:05 - 4:09必须要有一个高的比热容,
低的凝固点,还有一个高的沸点。 -
4:09 - 4:13但是我们不需要满世界去找那种完美的液体来解决问题,
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4:13 - 4:16我们自己可以创造溶液。
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- Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck
- Description:
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引擎罩下的真理: 汽车的化学原理 -辛西娅 -查巴克
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 04:34
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