穿越大明：本公主配享太庙 第313章 理论科学

这个结论解释了蒸汽机效率的瓶颈 —— 燃料燃烧产生的热能，只有一部分能转化为机械功，其余部分必然以其他形式耗散。

基于此，詹铁娃提出了提高效率的具体路径：增加锅炉压力（从原来的 8 大气压提升至 12 大气压），减少气缸散热（采用石棉保温层），改进冷凝器设计（降低排气温度）。

这些措施在新型蒸汽机上应用后，热效率从 8% 提升至 14%，虽然仍远低于后世水平，但在当时已是革命性的进步。同泽钢铁厂的动力车间采用新机型后，每月节省的煤炭足以供应三个中型农庄的全年用度。

詹铁娃并未止步于此。他进一步研究了不同温度下的能量转化规律，提出了 “热力学第二定律” 的雏形：“热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，而不引起其他变化。”

这条规律直接指导了制冷机的研发 —— 虞国的食品加工厂首次实现了肉类的低温储存，保质期从 3 天延长至 20 天。

在他的推动下，蒸汽机的标准化生产成为可能。詹铁娃主持制定的《蒸汽机制造标准》，详细规定了 37 项核心参数：气缸直径的允许误差（±0.05 毫米）、活塞与缸壁的配合间隙（0.12-0.15 毫米）、阀门开启的时间精度（误差不超过 0.02 秒）。

这些标准的推行，使蒸汽机的故障率从 23% 降至 5% 以下，为工业化的铺开奠定了基础。

与刘敦、詹铁娃的研究相呼应，刘希望在化学领域的突破，彻底终结了 武洲学者们提出的“燃素说” 的统治。

作为蒸汽机项目组的副总工程师，他的工作聚焦于锅炉燃料的燃烧效率，却在实验中发现了一个与传统理论相悖的现象：煤炭燃烧后，剩余灰烬的质量远小于原煤，但若将燃烧产生的气体收集起来，总质量反而增加了。

这个发现促使他重新审视 “燃素说”，该理论认为，燃烧是物质释放 “燃素” 的过程，质量减少是因为燃素逸出。刘希望设计了密闭燃烧实验：将定量的木炭放入密封容器，加热至燃烧，同时测量容器内气体的变化。

结果显示，容器内的 “固定空气”（即二氧化碳）含量显着增加，且增加的质量恰好等于木炭减少的质量与消耗的 “活空气”（即氧气）质量之和。

基于此，他提出了 “燃烧的氧化理论”：“燃烧并非释放燃素，而是物质与空气中的氧气发生化学反应，生成氧化物的过程。” 这个理论不仅解释了质量变化的原因，更重要的是，为冶金和化工生产提供了科学指导。

在炼铁领域，传统的 “木炭还原法” 被重新优化。根据氧化理论，刘希望计算出 “铁矿石与焦炭的最佳配比”：每百公斤铁矿石需搭配 28 公斤焦炭，才能确保氧化铁被充分还原，同时避免碳过量导致生铁含碳量过高。

这一配比使高炉的出铁率提升了 15%，焦炭消耗降低了 12%。

在制碱工业中，氧化理论的应用更为直接。刘希望指导化工厂用 “氯碱法” 生产纯碱：通过电解食盐水，生成氢氧化钠、氯气和氢气，再用氢氧化钠与二氧化碳反应制取碳酸钠。

这套工艺相比传统的 “草木灰提取法”，产量提升了近百倍，且纯度达到 99%，为玻璃、肥皂等工业提供了充足原料。

同属项目组的薄希儿，则在气体研究方面填补了理论空白。他的工作始于解决一个实际问题：蒸汽机的气缸内，蒸汽压力的变化与温度、体积的关系总是难以预测，导致活塞运动不稳定。

为了找到规律，薄希儿设计了一套气体实验装置：用一个带有活塞的玻璃气缸，精确控制温度和体积，测量不同状态下的气体压力。经过上千次实验，他总结出三条基本定律：

“薄希儿第一定律”：在温度不变时，气体的压力与体积成反比。这条规律直接应用于蒸汽机的气缸设计，工程师们据此计算出最佳压缩比，使蒸汽的膨胀效率最大化。

“薄希儿第二定律”：在体积不变时，气体的压力与温度成正比。基于此，锅炉的安全阀设定被重新校准，避免了因温度骤升导致的超压爆炸。

“薄希儿第三定律”：在压力不变时，气体的体积与温度成正比。这条定律指导了蒸汽管道的铺设，根据环境温度变化，预留出管道伸缩的空间，减少了冬季冻裂、夏季膨胀的故障。

这三条定律后来被合并为理想气体状态方程，或者被称为薄希儿三定律，用数学公式表达为 PV=nRT（压力 × 体积 = 物质的量 × 常数 × 温度）。

这个方程的出现，使蒸汽动力的计算从 “经验估算” 转变为 “精确推导”，为汽轮机、内燃机的后续研发埋下了伏笔。

在电学与磁学领域，兰克林的 “电荷理论” 和吴拉弟的 “电磁感应理论”，则为电力应用扫清了障碍。兰克林通过一系列实验（包括着名的 “风筝引电” 模拟实验），提出 “电荷有两种，同种相斥，异种相吸，总量守恒”。

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