三论“恢复卡路里(Calorie)作为热能计量标准单位”的建议

    在 2008 年的第 4 期和 2009 年的第 5 期国防技术基础中曾以相同题目，阐述以焦耳 ( Joule)取代卡路里 ( Calorie) 作为热能计量单位及以“功转热”的试验结果当作 “热转功”来使用，均系走入科技误区。前一个命名 ( 焦耳和卡)上的错误是属以 “片面”代表 “全局”，而后一错误则系忽略了作 “功”需要 “力”，力是有方向性的这一力学基本原理。

    本文将进一步就这两个错误对实际方针政策、环境保护及实体经济造成的影响，作一论述。

    一、“功”“能”转换图解

    为了简明，以线路图的形式，示“功”“能”间的转化如下，其中转化率如 100%，是理论值，即按约定俗成忽略传输中的损失，( 认为机械效率 ( mechanical efficiency) 为 1) 。

    “功”“能”转换线路图见图 1。

    ( 1) 从线路图看出: 非热能的能源可以100% 转为功，而功又可以 100% 的转为热，因此将 “能”的定义改为 “能产生热的就是能”，比现在的 “能作功的才叫能”，更具有代表性，因为现行定义把 60% ～ 70% 以上未作功的热能排斥在外，实不合理。

    ( 2) 牛顿力学对功的单位焦耳的定义，只能应用于作了功的 “能”，而 1960 年第 11 届国际重量与计量大会，无视大量 ( 60% ～ 70%)热能不能转换为功的理论与实践，推行以焦耳取代原来的热量单位卡路里，既背离热力学第二定律，又抹去了要作功才配称焦耳的定义，使大量未作功的热能 “无有归宿”( 计量单位用焦耳不够格，用卡路里又不合法) 。

    更为严重的是，这一单位的乱用到迄今为止共约 167 年 “功的热当量公式”误用 ( 把不等式作等式，把单向转换式作双向使用) 起到推波助澜、流 “误”更广的作用。详见下文。

    二、原有 “功的热当量”等式会导致对环保碳排放量的严重误算

    我们审慎地用 “功的热当量”来代替教课书和有些专著中所称的 “热功当量”，为的是表明原有等式1kcal =4. 184kJ 只能用于功转热 ( 功字在前) 的计算，即 4. 184kJ1kCal。反之用于热转功则会出差错。因为这样的反转只能是在恒温的可逆变化过程 ( Reversible process at constanttemperature) 中施行，也就是说，几个物态函数都是以微分状态下进行作功，其作功曲线是平滑连续的，可以作微分和积分处理 。这样的 “功”虽然最大，但何年何月能实现，因而只有数学上的意义。实际的作功是引擎 ( Engine) 在大的温差下沿着锯齿形甚至梯形线路进行，作的不是最大功。为了符合实际，就根据热力学第二定律将原来的热功当量式引入热效率因子 E 加以修正如下: