人体能量的来源与消耗（如虚如实说能量与能量转换之热能）

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俗语说水火不相容

但在生活中

我们要饮水却离不开火

水是生命之本，世界上没有哪一种生物可以不需要水而生存。人类对饮用水还有一个要求：清洁。这就需要煮水了。

根据历史记载，早在4千年前，古埃及、古印度及古中国都已经开始使用煮水的技术。古埃及王室的饮水系统，是先把水倒入罐子里沉淀，然后用虹吸管吸到容器中煮开。

公元前1450年古埃及的饮水系统

在古代中国，根据《周礼》（成书于公元30年左右）的记载，把烧热的石头放入水中可灭虫防疫。东晋时的《养生要集》（成书于350年左右）中有：“凡煮水饮之，众病无缘生也”之说。这时，煮水已经使用容器了。到了唐代，饮茶渐渐普及。据陆羽在《茶经》介绍，唐代煮茶的方法大致如下：

• 碾茶，“碾成黄金粉，粉嫩如松花”。今天我们通常不把茶叶碾成粉末，但日本的茶道是从唐代学来，他们的抹茶都是碾压成粉制成的。
• 煮水，水分三沸：鱼目、连珠、鼓浪。温度各有不同。
• 烹茶，“松花飘鼎泛，兰气入瓯轻”。水煮开后，先加入盐（唐代以前还会加入许多其他佐料，如葱、姜、枣、桔皮、茱萸、薄荷等），再放入茶末。
• 酌茶，“骤雨送风入鼎来，白玉满盏花徘徊”。在茶汤沸腾时舀入碗中，在第二沸时舀出一瓢，第三沸时再舀出一瓢（名为“隽永”）。

阎立本（601年—673年）《萧翼赚兰亭图》

唐初宰相阎立本（601年—673年）的《萧翼赚兰亭图》（原本已佚。故宫博物院藏有宋代摹本）描述了唐太宗李世民派遣萧翼去辩才和尚处骗得《兰亭序》的故事。画的左边一长者正在煮茶，一童子捧杯准备，旁边有碾磨茶叶的荼碾和盛茶末的茶罐。

1676年，列文虎克发明了显微镜，并从水中看见了微生物。于是人们想到要煮水可以杀灭这些微生物。

1804年，苏格兰建立了世界上第一个城市供水系统。

1854年，伦敦爆发霍乱，数万人死于非命。流行病学家约翰·斯诺用统计学的方法推断出传染的根源是街区的水井，并通过水井管理成功地控制了疾病的蔓延。从此，城市的供水系统开始在全世界推广。

流行病学家约翰·斯诺

水的处理方法可以分为两大类，一是过滤，二就是煮水。煮水人人都会，有什么技术呢？

如果读者有煮食用的温度计，可以做个实验：把温度计放进开水中，被加热的水一直在沸腾，但温度计上的标识上升到100℃就不会再升高了，这是为什么？沸水的热能都到哪里去了？最早研究这个问题的是法国科学家纪尧姆·阿蒙东，这位与牛顿同时代的科学家出生在巴黎一个律师家庭。他童年时因病失聪，不能去上学。但他通过自学，成为了当时著名的科学家，入选为法国科学院院士。他特别擅长制作科学仪器，有好几个发明，例如望远镜、温度计、气压计、及摩擦测量装置等。他在研发气压计时注意到上述的现象。

纪尧姆·阿蒙东展示他的高倍望远镜

1750年左右，瑞士科学家安德烈·狄卢克详细记录了冰融化时热能的变化。他还发现水在4℃时密度最大，而不是结冰变成固体后的密度最大（这一性质使得结冰的河流和湖泊中的生物得以生存）。狄卢克晚年移民英国，是瓦特的朋友，曾经为瓦特的蒸汽机提过意见。

在同一年代，苏格兰科学家约瑟夫·布莱克也在研究类似的现象。布莱克在格拉斯哥大学读书时，学校新开了化学课，他一下子就迷上了化学。尽管已经获得了医学博士学位，他还是决定把化学当作终身职业。他毕业后留在格拉斯哥大学执教多年，在物理和化学两方面都极有建树。他发现了二氧化碳，并确定了二氧化碳是不可燃的气体。在1750-1762年间，他研究了不同组分的燃料和水在恒定温度下体积和压力的变化关系。在实验中他发明了准确的计量方法，进而发现燃料和水在汽化过程中消耗了热能，但却没有增加温度。他把消耗了的热能叫做潜热（latent heat）。他详细记录了燃料和水的潜热值。他还定义了比热容（specific heat capacity），即物质提高温度所需热量的能力，大大地完善了热学理论。

约瑟夫·布莱克

布莱克培养了许多优秀的学生。他比瓦特年长6岁，两人是好朋友。布莱克的热学理论研究为瓦特改良蒸汽机提供了重要的帮助。

潜热就是物质在相变过程中吸收或释放的热能。例如水在结冰时会释放出热能；冰在融化时则吸收热能，因此化冰时会比结冰时要冷。此外，水在蒸发时会吸收热能，蒸汽在冷凝是会释放出热能。所以人体出汗，汗水蒸发能快速散热。

潜热是怎样产生的呢？焦耳认为潜热是热的势能，源自物质中原子的构型。今天我们知道影响潜热的因素包括物质中粒子的构成、化学键和极性。物质在相变过程中没有产生温度的变化，是因为物质中粒子的动能没有改变。吸收或释放的能量来自粒子间的化学键中的势能变化。下图是几种物质的潜热和比热容。其中的“J”是能量单位焦耳，“kJ”是千焦。

几种物质的潜热和比热容

根据这个表我们可以计算出煮开水所需要的能量。我们要把1千克（kg）的水从室温（20℃）煮沸（100℃）需要：

此外假定煮水时有10克（g）水蒸发了，那么克服蒸发的潜热还需要：

如果要把水全部蒸发，那么潜热就要增加到：

这相当于0.63度电（1千瓦小时（kW·h））。

潜热无处不在。我们可以想象地球是一个每时每刻都在煮水的大锅。据估算每年有4.9×1017千克的水从海洋和土壤中蒸发到天空，冷凝后再以雨或雪的形式返回地面。这相当于地球上的每一处每年都会有957毫米的降水。随着这个蒸发—冷凝的循环，每年约有1.2×1024焦耳（J）的能量被垂直输送到空中。这些能量在空中肆意乱窜，从而导致了风暴、气旋、台风、龙卷风等各种气候现象。随着全球气候变暖，蒸发的水分会不断增加，潜热将不断增加，坏天气也会越来越多。

讲到煮水，还要讲讲水的几种状态。我们都知道水的三态：冰是固态，水是液体，蒸汽是气态。在高压及电场的作用下，水还会经历短暂的离子态（plasma water），可以杀灭水中的微生物。

华盛顿大学的教授杰拉尔德·波拉克发现水还有一种状态。他把这种状态叫做“Exclusion Zone Water”或“EZ water”，后来干脆叫做“Easy Water”，或者称为“live water”，即活水。这就是水的第四种状态。这种状态的水与液态水共存。但它的分子式不是H₂O，而是H₃O₂。它比普通水更粘稠、密度更大、碱性更强，甚至可以像电池一样储存能量。

华盛顿大学教授杰拉尔德·波拉克

这种活水可以通过用电磁波，特别是用红外波段的电磁波“煮”出来。太阳光中有大量的红外线，因此露天的水面会有一层薄薄的活水。

活水有许多特别的性质，利用这些性质可以除污，除盐、甚至生成能量。但最重要的应用还是生物医疗。我们的身体中有大量的水。在细胞中的水有许多是活水。我们做日光浴、做桑拿、照射红外线灯会感觉舒服的原因之一就因为身体中细胞能被红外线穿透，从而建立和储存活水。活水还控制着蛋白质折叠，是新陈代谢的关键。因此对于身体健康十分重要。

波拉克教授研究水数十年，有好几本专著。特别是2013出版的《水的答案知多少，水的第四相不只是固态液态和气态》一书影响尤其深远。

煮了的水是不是就能够饮用了？按照国家标准，水质良好的一级水源水只需经过简易净化处理（如过滤）、消毒（煮水）后即可饮用。水质受轻度污染的二级水源水则需要作常规净化处理（絮凝、沉淀、过滤、消毒），其水质达到国标GB5749-2006规定后方可饮用。