内燃机

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如今,几乎每辆在路上行驶的汽车都由尼古拉斯·奥托于 1876 年获得专利的四冲程内燃机的某种版本驱动。奥托利用了法国物理学家萨迪·卡诺的研究成果,后者在 1824 年表明,发动机的效率关键取决于热能“源”和冷“汇”之间的温差。四冲程发动机压缩空气-燃料混合物并用火花点燃它,从而产生短暂但强烈的热源。自那以后,其便携式效率一直未被超越。

然而,有些人认为内燃机是过时之物,是危险的过时遗物,它属于一个假定石油是无限的且气候稳定的世界。取代这种发动机的最佳希望似乎是由化学电池或氢动力燃料电池等储能装置供电的电动机。许多人忘记的是,电动汽车曾经有机会——事实上,在 19 世纪末和 20 世纪初,它们比汽油动力汽车更受欢迎。它们一次充电可以行驶一整天,并轻松地将驾驶员在城市中移动。它们不需要手摇曲柄启动,也不需要换档,这两者都使得当时的汽油动力汽车像重型机械一样难以操作。

然而,电动汽车更适合 19 世纪的世界,而不是 20 世纪的世界。那些早期的汽车一次充电可以行驶一整天,因为当时的限速设定在每小时 7 到 12 英里之间,以适应马车。当第一次世界大战后这些限速提高,城际旅行成为常态时,汽油动力汽车开始在汽车市场上占据主导地位。


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从那时起,汽车制造商已投入无数资金来提高现代四冲程发动机的效率。在电动汽车能够超越汽油动力汽车所提供的动力和续航里程之前,预计内燃机将继续其长期统治地位。

Michael Moyer 是 大众科学(大众科学)负责物理和太空报道的编辑。此前,他在《大众科学》杂志工作了八年,担任文章编辑。他的文章“通往第十维度的旅程”获得了 2005 年美国物理研究所科学写作奖,并曾出现在 CBS、ABC、CNN、Fox 和探索频道。他曾在加州大学伯克利分校和哥伦比亚大学学习物理学。

更多作者:Michael Moyer
大众科学 Magazine Vol 301 Issue 3本文最初以“内燃机”为标题发表于大众科学 Magazine 第 301 卷第 3 期(),第 97 页
doi:10.1038/scientificamerican0909-97
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