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x体积=物质的量x常数x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”。

这一理论解释了静电现象的本质，指导了避雷针的改良——虞国的高层建筑和工厂烟囱，都安装了基于电荷引导原理的防雷装置，雷击事故减少了80%。

吴拉弟的研究则更具应用导向。他在实验中发现，当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生电流，且电流大小与磁场强度、导体运动速度成正比。

这个发现直接促成了发电机的改进：通过调整线圈匝数和转速，可以精确控制输出电流，使电力供应从“不稳定”变为“可调控”。

数学领域的突破，为所有基础研究提供了工具支撑。刘敦与薄尼合作发表的《微积分初步》，系统阐述了“导数”与“积分”的概念：导数可用于计算物体的瞬时速度和加速度，为力学分析提供了精确方法。

积分则能解决不规则图形的面积、体积计算问题，在船舶设计中，工程师们用积分计算船体的排水体积，使浮力计算误差从5%降至0.5%。

娄努力团队的应用数学研究，则更贴近工程实践。他们开发的“有限元分析法”，将复杂的桥梁结构分解为数百个简单单元，通过计算每个单元的应力分布，预测整体的承重能力。

用这种方法设计的铁路桥梁，载重能力提升了30%，且节省了15%的建材。在流体力学领域，他们推导出的“管道阻力公式”，指导了输水、输气管道的直径选择，使流体输送效率最大化。

生物学与农业科学的进展，则从另一个维度支撑着工业化进程。马斯的农业改良实践，基于“作物轮作”和“优选育种”两个核心方法。

他通过实验证明，在同一块土地上，按“小麦-豆类-休耕”的顺序轮作，土壤肥力可保持稳定，亩产比连作小麦提升40%。在育种方面，他筛选出的“虞麦3号”品种，抗病性强，成熟期比传统品种缩短15天，为劳动力向工业转移提供了粮食保障。

精密仪器的发展，是所有理论转化为实践的物质基础。虞国的仪器厂已能生产精度达0.01毫米的游标卡尺、测量范围0-1000c的温度计、误差不超过0.1毫米汞柱的气压计。

这些仪器的普及，使工业生产从“目测估算”进入“数据控制”时代，同泽钢铁厂的轧钢车间，工人用精密温度计控制钢坯加热温度，使钢板的硬度误差控制在5%以内；纺织厂通过测量纱线的直径和张力，确保布匹质量均匀。

这些基础科学的进展，如同铺设在大地上的铁轨，看似平淡，却承载着工业化的列车稳步前行。

此时的虞国，已悄然完成了从经验型社会向理论指导型社会的转变。工匠们开始主动学习力学公式，工程师们在设计图纸上标注能量转换效率，农民们用轮作计划安排农事。这种转变没有惊天动地的宣言，却在日复一日的生产实践中，重塑着这个国家的筋骨。