一種具有“水向上流”功能的設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
涉及一種具有“水向上流”功能的設(shè)備。
[0002]【背景技術(shù)】:
在自然界，由于水的重力作用，水是向“下”流淌的，謗語(yǔ)“水向低處流”就是這種自然現(xiàn)象的真實(shí)寫(xiě)照。但是，在自然界還存在一種“水向高處流”的反?，F(xiàn)象，比如:1)滴水蓮在潮濕的環(huán)境中葉片會(huì)滴落水滴，這些水滴是由植物的根吸收土壤的水分并向“上”運(yùn)輸經(jīng)莖部導(dǎo)管至葉片，其中又有部分葉片向下垂落，水分子在垂落的葉片下端聚集成水滴，水滴受重力影響最終向下滴落，這就形成了水分由土壤先向高處葉片“流”而后又向下滴落的現(xiàn)象。2)滴水觀音的滴水現(xiàn)象同滴水蓮無(wú)異。3)樹(shù)木，自然界所有植物的葉片都存在蒸發(fā)現(xiàn)象，直徑20_的植株最大蒸發(fā)量每秒鐘可以超過(guò)0.05毫升，一天的蒸發(fā)量可達(dá)4.3千克，而蒸發(fā)的水分是由根部吸收，莖部疏導(dǎo)，葉片蒸發(fā)的，因此植物的蒸騰作用也是“水向上流”的一種現(xiàn)象。針對(duì)這種現(xiàn)象，人們會(huì)解釋說(shuō):植物的導(dǎo)管和篩管實(shí)現(xiàn)由根部至葉片的運(yùn)輸是由“毛細(xì)作用”造成的，在植物體內(nèi)存在眾多的“毛細(xì)管”，這種毛細(xì)管有疏導(dǎo)水分和養(yǎng)分的作用。4)人或動(dòng)物的毛細(xì)血管。人們認(rèn)為在人體動(dòng)脈或靜脈血管內(nèi)，血液運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力來(lái)自心臟的搏動(dòng)，心臟的收縮與擴(kuò)張給血液流淌提供了動(dòng)力，但是在人或動(dòng)物的組織內(nèi)，毛細(xì)血管的血液流淌方向是左右上下各個(gè)方向的，人或動(dòng)物體內(nèi)微循環(huán)的動(dòng)力來(lái)自毛細(xì)血管壁的結(jié)構(gòu)，即通常所說(shuō)通過(guò)血液的滲透作用到達(dá)身體各部分組織器官的，人們還是把這種現(xiàn)象稱(chēng)作毛細(xì)血管的“毛細(xì)作用”。5)泉水。一般認(rèn)為泉水是地下水，是有地下的溫水向地上山體巖石滲透后而又集中，經(jīng)過(guò)山體的狹縫流淌而出的，與植物的滴水現(xiàn)象區(qū)別是:植物的毛細(xì)作用僅僅能實(shí)現(xiàn)“滴水”，山泉形成的水流通常是汩汩涌出，有的山泉流量甚至非常大，每分鐘幾個(gè)立方水流量常有記載。6)浸水石頭。在盆栽藝術(shù)中，常見(jiàn)一種浸水的石頭，石頭上終年濕漉漉的，石頭上放置上泥巴，栽培上植物，石頭放入水中，只要石頭下邊有水，浸水石頭就不缺水，總結(jié)“浸水石”這種現(xiàn)象，也可以歸結(jié)為“水向上流”的一種現(xiàn)象。
[0003]如果說(shuō)植物體內(nèi)“水向上流”是由于“毛細(xì)作用”造成的，那么是否可以理解浸水石頭內(nèi)部也有某些管狀組織結(jié)構(gòu)呢？進(jìn)而聯(lián)想到:是否所有的符合毛細(xì)作用要求的任何材料都具備“水向上流”的功能呢？如果你認(rèn)為僅僅通過(guò)“毛細(xì)作用”可以實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能進(jìn)而去進(jìn)行試驗(yàn)的話，其結(jié)果或許成功也或許失敗，因?yàn)椤懊?xì)作用”僅僅是“水向上流”伴隨的一種現(xiàn)象，并不能把這種伴隨的“現(xiàn)象”當(dāng)做本質(zhì)來(lái)解釋“水向上流”的原理，或者來(lái)揭示“水向上流”的規(guī)律。先前人們用“毛細(xì)作用”解釋這種“水向上流”的現(xiàn)象，這種解釋在理論上不能自圓其說(shuō)，或者說(shuō)是一種有缺陷的理論。因?yàn)槲覀儾⒉荒苷J(rèn)為管道足夠細(xì)就一定具備“毛細(xì)作用”。相反，如果假定管道足夠粗，其結(jié)果就一定沒(méi)有“水向上流”的現(xiàn)象存在嗎？其實(shí)真實(shí)的答案令人吃驚:答案是“不是的”三個(gè)字。原來(lái)“水向上流”實(shí)質(zhì)功能并不是由管道的粗細(xì)決定的，而是管道與水存在一個(gè)接觸面，是有接觸面的大小和接觸面的形狀共同決定的。管道與水的接觸面積和管道的形狀決定水流的大小，管道的走向決定水流的方向。
[0004]在常規(guī)認(rèn)識(shí)上，我們存在一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū):就是我們有時(shí)只看到了水流因重力作用存在“水向下流”的現(xiàn)象，并沒(méi)有看到“水向上流”，為什么呢？因?yàn)檠刂鼙谙蛏献叩乃肿优c向下走的水分子相比較，在較粗的管道內(nèi)是微不足道的，同時(shí)因?yàn)樗值恼舭l(fā)作用，在較粗的管道內(nèi)向上的水分很快蒸發(fā)掉了，根本或者難以看到“水向上走”，因此在較粗的管道內(nèi)“水向上流”的現(xiàn)象幾乎是看不到的。但是在植物體內(nèi)，導(dǎo)管非常細(xì)，接近毛發(fā)的細(xì)度，并且樹(shù)皮隔開(kāi)了導(dǎo)管與外部空氣的聯(lián)系，水分不能蒸發(fā)，在樹(shù)皮內(nèi)這種幾乎封閉的系統(tǒng)里，水由根部滲透，通過(guò)莖部眾多毛細(xì)管道，直達(dá)葉片，由葉片蒸發(fā)，從而最終形成“水向上流”的功能。具體一點(diǎn)講，形成“水向上流”的原因是:植物體內(nèi)眾多的毛細(xì)管道(導(dǎo)管)與水分子有較大的接觸面積，再加上植物體內(nèi)下部水分大，上部水分少，由于水分子的“滲透”作用，實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能。而滲透作用可以用滲透壓來(lái)解釋。滲透壓可以用力學(xué)來(lái)解釋?zhuān)@種現(xiàn)象用力學(xué)來(lái)解釋就是:由于植物體內(nèi)部水分子在毛細(xì)管內(nèi)受重力和毛細(xì)管壁分子吸引力的雙重作用，為達(dá)到分子水平的力學(xué)平衡，在分子力的作用下，水分便由植物體的“下部”流向植物的“上部”，實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能。
[0005]那么，我們是否模仿植物的這種結(jié)構(gòu)制造一種設(shè)備實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能呢？或者模仿山泉把地下水在沒(méi)有常規(guī)能源動(dòng)力消耗的情況下把地下水抽到地表面呢？有句話是:一切皆有可能。但是科學(xué)需要嚴(yán)禁。我們必須搞清楚“水向上流”的本質(zhì)原因才能通過(guò)某些手段實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能。
[0006]前面說(shuō)過(guò)，“水向上流”的本質(zhì)原因不僅僅是因?yàn)楣艿来趾图?xì)，還有個(gè)原因就是水分與管道的接觸面積，準(zhǔn)確說(shuō)是單位質(zhì)量的水分與管道的接觸面積的比值大小。那么是不是任何物質(zhì)只要與水的接觸面積大就可能實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能呢？當(dāng)然不是。在自然界，有些物質(zhì)是親水的，有些則是疏水或者是憎水的，對(duì)于憎水和疏水物質(zhì)的存在，人們很容易想到利用某些特定的物質(zhì)比如親水的材料做成毛細(xì)管道來(lái)實(shí)現(xiàn)所謂的“毛細(xì)作用”，而疏水和憎水的物質(zhì)則不能實(shí)現(xiàn)“毛細(xì)作用”，因此可以用類(lèi)似親水物質(zhì)，比如用聚乙烯醇來(lái)制造纖維或毛細(xì)管道來(lái)實(shí)現(xiàn)“水向上流”的“功能”。
[0007]利用親水物質(zhì)作為毛細(xì)管道的材料實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能雖然新穎無(wú)比，但是可以認(rèn)為“容易想到”，所以，在我國(guó)的法律界，如果通過(guò)人工方法制造“水向上流”的器件可以認(rèn)為是種發(fā)明，也可以認(rèn)為容易想到而否定這種小發(fā)明的“創(chuàng)造性”，是不是真的具有“創(chuàng)造性”就要看審查員對(duì)這種發(fā)明創(chuàng)造所產(chǎn)生意義的理解，或者具有“創(chuàng)造性”或者不具備創(chuàng)造性，怎么判斷就要看審查員對(duì)這種設(shè)備的社會(huì)作用或者說(shuō)這種設(shè)備產(chǎn)生社會(huì)效果以及產(chǎn)生的意義進(jìn)行“傾向性”的判定。
[0008]那么，實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能對(duì)人類(lèi)究竟有哪些好處，或者說(shuō)“水向上流”究竟有什么現(xiàn)實(shí)意義呢？
首先來(lái)看這種現(xiàn)象I):在夏天比較炎熱的季節(jié)，我們走進(jìn)森林，瞬間有種涼爽的感覺(jué)，為什么呢？很多人會(huì)說(shuō)森林有調(diào)節(jié)氣候的作用，降低了大氣溫度。那么繼續(xù)追問(wèn)一句，森林為什么具有調(diào)節(jié)氣候的作用？森林調(diào)節(jié)氣候的機(jī)理是什么呢？
再來(lái)看另一種現(xiàn)象2):在春夏秋季節(jié)，我們用手摸一下植物的莖，比如秸桿、常青藤、絲瓜藤、吊瓜秧，會(huì)有一種冰涼或者嗖嗖嗖涼的刺手的感覺(jué)，敏感的老年人甚至經(jīng)受不住這種涼爽的刺激。這種現(xiàn)象說(shuō)明什么呢？
以上兩種自然現(xiàn)象說(shuō)明植物的根莖葉都是吸收熱量的。正是因?yàn)楦o葉吸收熱量，大批量的植物(或森林)才具有調(diào)節(jié)氣候的作用。
[0009]那么植物的根莖葉為什么會(huì)吸收熱量呢？要理解這個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題好像復(fù)雜了很多，為此，我們先來(lái)談一下熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。
[0010]能量守恒定律的基本意義是:能量既不能憑空產(chǎn)生也不能憑空消失，只能從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移動(dòng)到另一種狀態(tài)，從一種物體轉(zhuǎn)移到另一種物體。既然能量不能消失只能轉(zhuǎn)移，那么也可以說(shuō)，能量在自然界是無(wú)限循環(huán)的?！八蚋咛幜鳌睂?shí)現(xiàn)了水的勢(shì)能增加(水在高處積累或者蒸發(fā)都可以造成水的勢(shì)能增加)也必然是能量循環(huán)的結(jié)果，那么“水向高處流”增加的勢(shì)能是從哪里來(lái)的呢？或者說(shuō)“能量”究竟是哪里循環(huán)而來(lái)的呢？上邊已經(jīng)分析過(guò)了，植物從環(huán)境吸收熱量調(diào)節(jié)了氣候，植物從環(huán)境吸收熱量在調(diào)節(jié)氣候的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了水的勢(shì)能增加，勢(shì)能增加可以增加能量?jī)?chǔ)存，并且這種能量?jī)?chǔ)存是有益的能量?jī)?chǔ)存，這種導(dǎo)致水分勢(shì)能增加的能量循環(huán)看上去是一種非常有意義的循環(huán)。
[0011]具體分析開(kāi)來(lái):植物從環(huán)境吸收了熱量，這熱量是從哪里來(lái)呢？在熱力學(xué)上這部分熱量也叫內(nèi)能的一部分，熱量實(shí)際也是能量，熱量來(lái)源實(shí)際也是能量來(lái)源，熱量是能量的一個(gè)分類(lèi)項(xiàng)，因此下邊敘述經(jīng)常把熱量稱(chēng)為能量。熱量來(lái)源或者說(shuō)能量來(lái)源之一是太陽(yáng)輻射使植物葉片蒸發(fā)、植物葉片部分與枝干相比較較為干燥，因此通過(guò)水分由枝干向葉片的滲透作用實(shí)現(xiàn)“水向上流”，使水分子由土壤流向葉片，大量的水分子由于高度增加導(dǎo)致水的勢(shì)能增加，同時(shí)液態(tài)水分子蒸發(fā)克服水分子之間的作用力，距離增大，變成氣態(tài)水分子，液態(tài)水分子變成氣態(tài)水分子使水的勢(shì)能增加，因此可以說(shuō)水分子的勢(shì)能來(lái)源之一是太陽(yáng)輻射；熱量來(lái)源或者說(shuō)能量來(lái)源之二是植物根和莖內(nèi)的導(dǎo)管組織結(jié)構(gòu)分子與水分子相互作用，導(dǎo)致分子偏向性運(yùn)動(dòng)(向上，或向下，有方向性，與無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)相反)從而吸收空氣中氣體分子的輻射熱量或其他物體的輻射熱量以及吸收空氣中氣體分子的熱傳導(dǎo)熱量，這部分熱量導(dǎo)致植物莖部水分子的勢(shì)能增加。
[0012]熱量或能量循環(huán)本是自然的，是很正常的事情，但是在自然界中，能量的循環(huán)又是詭秘的，人們至今都不能完美無(wú)缺的定義什么是“能量”，在全世界各國(guó)百科全書(shū)中，人們對(duì)于能量或者對(duì)于能量的來(lái)源(能源)的定義是有差別的，人們對(duì)于能量定義以及能量循環(huán)的定義和認(rèn)識(shí)