弗莱希曼和庞斯量热法述评—杰德·罗斯韦尔
2020-11-06 17:38:20 来源：冷聚变世界评论：0 点击：

本文介绍了弗莱希曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）在实验中使用的量热方法。从1989年到1993年，他们发表了一系列论文，描述了三种量热方法：等温外套法、相变和冷却曲线分析。

10.1. 混合不均匀误差

   对量热的第一个异议是声称电解质可能未充分混合均匀。如若这样，则温度会从电解液中的一个点到另一点而变化。如果温度传感器恰好放在热区，研究者可能得出错误结论，即电解池正在产生超热。
   如果电解液在某些区域比其他地方更热。设想将一个仅能检测液体中有限空间中温度的小型温度探头放入电解池，该位置的液体温度恰巧高于平均值。如果将此温度与标定曲线进行比较，则可能会得出错误结论从而认为存在超热。
   这是一个合理的问题。但是，在公布实验结果之前，弗莱希曼和庞斯就已仔细考虑了如何进行实验并如何避免该错误及其他诸问题。他们进行了测试和标定，以确保电解液混合均匀。当有人提出反对意见后，他们立即回应批评，解释了他们的所作所为，并随后详细描述了这些步骤。他们证明，由于流体混合均匀，电解液温度没有明显变化。他们使用了两种方法：
   他们制作了一段录像，记录了一滴红色染料掉入电解池中的情况。他们使用视频来测量搅拌染料所需的时间[3]。电解产生的气泡把染料迅速混合到剩余电解质中，水平混合时间不到3秒，垂直混合时间不到20秒。这是在他们使用最低电解功率下完成的。功率越高，混合越快。他们还通过使用5个热敏电阻温度传感器阵列（Thermometrics Ultrastable Thermoprobes）解决了这一问题。该阵列可以垂直或水平设置，以测量任一方向的温度变化。他们发现，液体中温度变化最高为0.005°C，只有电解池底部的温度变化为0.01°C。
   我想大多数阅读这些论文的科学家都会相信搅拌不是个问题。那些不相信的人可以通过使用普通电极进行电解来确认这些方法。他们本身不必做冷聚变。他们也不需使用钯。他们可以在相同形状和配置的电解池中使用钢电极，并使用染料或热敏电阻阵列以相同的功率水平电解。他们将证实，在这些功率水平下，电解产生的气泡足以搅拌电解池，从而消除任何明显的温度变化。
   你还可以通过阅读论文并思考结果来确认液体混合均匀。假设液体没有混合，将温度探头放在温暖区会产生假超热，但同样有可能将其放在寒冷区并看到假超冷。这是不可能的。这些材料没有如此大的吸热电化学反应。你会知道这只是仪器错误。此外，在用铂电极和重水进行“空白”标定测试期间，弗莱希曼和庞斯将会看到虚假的超热或超冷现象。实际上他们在这些测试中没有发现任何热量。
   开始提出这些反对意见是合理的，但一旦给予回答，后面还继续重复这类反对意见就变得无理取闹了，尤其是当你自己可以进行电解来验证搅拌时。然而，仍有许多人继续提出这些反对意见。事实上，即使在弗莱希曼和庞斯在国家电视台上播放了染料混合的视频之后，这种“激动人心的”争议也是该实验在1989年初被驳回的原因之一。
   即使到现在，仍有人继续提出这一反对意见。评论家继续认为存在混合问题[38]。他们无法观看录像或听取弗莱希曼和庞斯发言。他们嘲笑弗莱希曼和庞斯，后来嘲笑罗伯特·哈金斯（Robert Huggins），据说也是这个错误。有人念叨过一首贬损的顺口溜：
   “这是千万美元的干系，
   亲爱的兄弟，
   因为有些科学家把温度计
   放在此地而非彼地。”
   引自《冰中之火》[39]第144页。
   作者加里·陶布斯（Gary Taubes）将此论点极端化：
···视频显示沸腾的冷聚变电解池，其中注入了红色染料。在二十秒内，染料已均匀地分布在整个烧瓶中。弗莱希曼说，这证明了“混合不充分的论据不成立”。
   演示令人印象深刻。但那是假的。即使冷聚变电解池具有很大的温度梯度（例如，一侧比另一侧高50度），红色染料也将在很短时间内均匀扩散。烧瓶中的温度梯度与所谓的红色染料梯度完全无关。
   引自《坏科学》[40]第271页。
   这是不可能的。如果将水混合，温度怎么会不同呢？当你把凉牛奶倒入热咖啡中并搅拌时，陶布斯会认为牛奶仍很凉吗？他是否认为麦克斯韦妖在咖啡中奔波，将高能分子从一侧推向另一侧？此外，当水中存在可测量温差时，它永远不会高达50°C，最多是几分之一度。它从不在水平方向“从一侧到另一侧”变化。在已经放置了一段时间且存在静置热梯度的液体中，可能会存在一个小的垂直温差。只要搅拌液体，梯度就会消失。陶布斯显然认为会发生以下情况：搅拌一杯咖啡，使其在几秒钟内完全混合。你把它端起来，啜一口，你发现它很热。放下杯子，将其转过来，再次端起，然后从杯子的另一侧喝一口。你发现它处于室温，温度低了50°C！
   陶布斯、沙纳汉和其他人提出的想法不仅违反了基本的物理学定律，而且还违反了五岁小儿也能理解的常识。
   陶布斯不是职业科学家。他的观点并不重要。但他的书很重要，因为它告诉我们有很多科学家反对冷聚变。这本书给很多人留下了深刻的印象，包括两位诺贝尔奖获得者为之撰写推介。他们可能没有仔细阅读它，因为它充满了诸如50°C温差一类的错误和奇谈怪论。
   此外，该书基于附录中列出科学家的访谈。几乎他们所有人都强烈反对冷聚变。陶布斯说，他们告诉他该书所载的许多奇特东西，例如，冷聚变研究者测量电压而非电流。在美国国家公共广播电台（NPR）上，他说有人告诉他，冷聚变研究者在周末发现过超热，因为工厂关闭且电力供应更多。这在许多层面上是错误的。从来没有“更多的电力”。当需求下降时，电力公司会减少输出。电源供应在时刻调节，即使电压升高也不会产生更多的电能。在实验中监视并记录功率，因此，如果有多余的电力，也会将其记录下来。最后，如果发生这种情况，则也将在标定期间发生，并予以记录。陶布斯相信这种胡说八道的事实并不重要。重要的是，职业科学家告诉他这一事实，诺贝尔奖获得者也给与认可。

10.2. 复合反应误差

   在该实验的第一阶段，开放电解时可能会出现所谓的“复合反应误差”。它不会出现在第二阶段和第三阶段。
   如上所述，电解将水分解成氢气和氧气，这些气体从开放电解池逸出进入大气。部分电能加热水。根据上面迈尔斯给出的例子：
             总电功率：10.12 V × 0.5 A = 5.06 W
             电解池中的焦耳热：(10.12 V − 1.54) × 0.5 A = 4.29 W
             氘气和氧气从电解池带走的热量：0.77 W
   这里假设气体离开电解池。如果没有，假设氧气气泡不是离开电解池而是旋转并在水下与阴极接触并与氘结合形成水。或者，假设在水面上方的顶部空间中有催化金属网。氧气和氘气从水中冒出后撞击到金属上形成水，然后再回流到电解池中。这样就没有气体离开电解池。这称为再复合，而金属网称为复合催化剂。这就是封闭电解池的工作原理。如果没有复合催化剂，密闭电解池顶部空间中的气压会逐渐增加，直到电解池破裂。
   想象一下，迈尔斯没有意识到气体是在水下或在顶部空间复合催化剂上复合。他不知道气体并未逸出，错误地以为有0.77 W的异常冷聚变热[1]。这就是复合反应误差。只要输出功率少于总输入电功率，那结果就可能来自复合反应。我们如何知道他和其他研究者没有犯此错误呢？因为：
   在此电压和电流条件下，复合反应不会产生大于0.77 W的误差。如果看到超过此限制的热，则可以确保并非全部来自复合。文献中的许多实验都产生了超过复合极限的热[2]。
   如果在电解中断或电解池沸腾变干后继续产热，该热更不可能来自复合。复合只能在电解过程中发生。在该实验的第二和第三阶段，电解中断。文献中还有其他实验，其中电解中断，但继续产热，有一例持续约4天。[41]
   最能确定的是，电化学家测量逸出电解池的气量。迈尔斯、弗莱希曼和庞斯及其他人证实电解池中没有明显的复合。他们以各种方式做到这一点。最常用的方法是测量电解质液位。它每天都按预测高度下降，表明氘气和氧气离开了电解池。当他们补充电解液时，记录了添加到其中的重水量。他们中的一些人还使用气体流量计或气体冒泡进入固定在水下的倒置试管中来测量气体流速。
   许多其他研究人员，例如斯托姆斯和麦库布，都使用封闭电解池，并在顶部空间安装复合催化剂。这些就不会有复合反应误差。当没有异常热时，电解池释放的热量必须等于输入电功率。
   由于在该实验的第二和第三阶段不可能发生复合误差，并且由于在这些阶段中也都产热，所以第一阶段很可能一样产生热。第一阶段的热不太可能是仪器假象，但真正的热在第二阶段突然启动并在第三阶段持续。不可能所有这三个阶段的热量都是由单一假象所致。测量方法完全不同。量热不可能在同一个方向出错。为了表明所有这三个阶段都是错的，必须存在三种产生大致相同水平超热的系统误差。那将是一个奇妙的巧合。

10.3. 氘氧燃烧——“打火机效应”

   一些批评者推测，弗莱希曼和庞斯可能已经观察到批评者所说的“打火机效应”。即，氘从钯中脱气时燃烧。19世纪的一些香烟打火机就是用充氢钯制成的。
克雷萨（Kreysa）等报道，当把充氘或氢的钯阴极片放在一块木头上时，燃烧产生的热量能使木头烧焦[42]。他们正确地说，每摩尔氘可释放燃烧热147.3 kJ，这是教科书中重水的形成热。但克雷萨无法理解功率与能量间的区别。所以他们的说法毫无意义。根据基本化学原理，他们应该已经意识到，即使有足够的能量来烧焦木材，阴极产生的能量也比弗莱希曼和庞斯在首篇论文中报道的少数百倍，当时电极在超过120 h的时间内释放出达4 MJ cm^-³的体密度超热。
   一立方厘米（1 cm³）的钯电极重11.9克。一摩尔钯重106 g，因此一立方厘米是0.11摩尔。假设钯以1:1的比例充满氢气，则0.11摩尔的钯可容纳0.11摩尔的氢（0.11 g）或氘（0.22 g），其燃烧生成0.06摩尔的H₂O。水的形成热为每摩尔285,800 J，因此燃烧这么多的氢气可产生16,000 J。这比弗莱希曼观察到的热量少250倍。事实上，除非在极低温度下，否则很难充到1:1。用克雷萨的方法实际充氢到1 cm³钯样品可能产生的能量比弗莱希曼报道的要少500倍。

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