智慧电力系统和智能电力系统的探讨(一百一十一)

智慧城市之智能建筑---分布式光伏发电系统的整体智能化浅说智慧城市七十四

  01  

生命本质与能量守恒

物质不灭定律和能量守恒定律是我们现实世界中的两个基本定律，依据此阐述了物质和能量的转换过程。前篇中已有概述，这里就不再赘述了。既然物质和能量都是不灭且守恒的，那么为什么徐工说：“一切生命的本质，就是能量而不是物质呢”？

大家是否还记得，徐工在上篇中提出的问题。“徐工有个问题———组成我们身体的水分子，碳元素它来自哪里？这个世界有很多很多的水分子和碳元素，为什么组成我身体的是这些水分子和碳元素？我死之后，组成我身体的这些水分子和碳元素又会飘到哪里去，又会组成什么？变成什么？是会成为大海里的一滴水，还是冰山上的一粒冰，或者是漂浮云朵中的水汽。”记得在上学时，政治老师讲的一句话“鸡蛋可以孵出小鸡来，但是石头鸡蛋（形状如鸡蛋一样的石头），是孵不出小鸡来的”。这就告诉了我们，条件的重要性，就是内因与外因，同结果之间的关系，也就是因果关系。前面徐工以水为例，说了很多，下面徐工就以碳为例，再说道说道。徐工为什么又要以碳为例呢？因为碳这个元素真的很奇特，首先我们是碳基生物，而且地球上的生物基本上都是碳基生物，我们生活中接触到的“碳”有很多，如木炭、煤炭、焦炭、石墨、金刚石……。大家看，“碳”是不是离我们很近，我们的人体70%是水，剩下的30%主要包括蛋白质、脂肪、糖类、无机盐类、微量元素和其他化合物，而这些物质中，又是以碳元素为主的。

那么大家真的了解“碳”吗？“碳”在我们生活中是普遍的存在，如徐工前面说到的木炭、煤炭、焦炭、石墨、金刚石……。它们都是“碳”元素构成的，但为什么表现形式和特性差异如此不同呢？例如金刚石是自然界中已知硬度最高的物质，而石墨则是自然界中最软的物质之一。这到底是怎么回事呢？

  02  

金刚石与石墨的差异

碳是自然界中最常见的元素之一，也是地球上含量最丰富的元素之一，有很多常见物质都主要由碳元素组成。比如动植物和菌类等生命物种本身和这些生物遗体形成的煤、石油、天然气等，再如石头的主要成分是碳酸钙，其中也有大量的碳元素。不过这里我们重点讲一下金刚石和石墨，这两种东西都由纯粹的碳元素组成，不像其他物质还有大量其它元素，然而这两种东西各自呈现出来的特性却完全不同。金刚石可以做成钻石，也可以说钻石就是金刚石，其硬度非常高，是自然界中已知硬度最高的物质，其摩氏硬度是硬度为10，也是唯一一种摩氏硬度为10的自然界物质。但是石墨就不同了，它是自然界中最软的物质之一，而且是又滑又软，因此常被用作润滑剂。

除硬度不同之外，这两种东西的色泽度也很不相同，石墨的颜色非常黑，是漆黑而不透明的，但是钻石却是透明的，透光性很好。

另外还有一个很大的不同就是金刚石并不导电，是良好的绝缘体；但是石墨的导电性能非常好，是优良的导体，甚至可以将石墨粉做成炸弹，这种石墨炸弹如果在敌方的发电厂、变电厂和供电系统上空中被引爆，飘洒下来的石墨碳纤维就可以将敌方的供电设施瘫痪掉，那么敌方的工厂就无法运转，城市也会陷入瘫痪状态。

既然金刚石与石墨都是由碳元素组成的单质，它们的物理性质为什么还会有这么大的差异呢？这是由于其碳原子排列方式不同造成的。

金刚石和石墨都是碳元素的同素异形体。石墨中每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子，排列方式呈六边形，以共价键结合，构成共价分子，这样石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键，每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷，所以石墨可以导电。而且石墨中碳原子的结构为六角形，相互之间呈片状重叠，这种层状结构导致石墨受压后很容易滑动，硬度也不高，所以石墨摸上去非常滑润，是良好的固态润滑剂。又因为扁平的石墨片材可吸收不同波长的光，因此表现为不透明的黑色。

但是金刚石晶体为正四面体结构，其中碳原子的4个孤对电子可以全部形成共价键，因此就没有自由电子，这样金刚石就不能导电。而且金刚石中碳原子以四价键链接，由于钻石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，形成金字塔状的晶体结构，所以金刚石硬度非常大。且金刚石的这种结构也使得它可吸收的光波段很少，照射到金刚石上的光线大部分被反射出去，因此它虽然硬度很高，看上去却是透明的。不过石墨和金刚石的分子和原子结构很难解体，因此它们都很耐高温，金刚石的熔点是3550℃，而石墨常温下压根就没有熔点，它会在3652℃～3697℃直接升华，因此石墨常被作为耐温材料应用于各种高温隔温设施。

今天先说到这，大家记住徐工的问题噢！

--- T3数科 斯锐明天---