大学物理下热力学小论文_大学物理热力学论文
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第一类永动机不可能制造吗？
要说第一类永动机，我们就不能不提到热力学第一定律，即能量守恒定律。热力学第一定律可表述为：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中，能量的总量不变。其数学描述为：Q=△E+W，其中的Q和W分别表示在状态变化过程中系统与外界交换的热量以及系统对外界所做的功，△E表示能量的增量。
接下来让我们看一下第一类永动机的定义，即某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”，这种机器不需要外界提供能量,却可以源源不断的对外做功。显然，第一类永动机违反热力学第一定律，因此热力学第一定律有可以表述为：不可能制造出第一类永永动机。
任何定律从提出开始就会受到人们不断的质疑和挑战。所以从热力学第一定律提出之后，人们提出了种种第一类永动机的设计方案。以下我们分析一下几种第一类永动机的设计方案。
（1）奥恩库尔的永动机
据说，13世纪有一个法国人叫奥恩库尔的，他在一个轮子的边缘上等间隔地
安装了12根可活动的锤杆。他设想一旦轮子被启动,由于轮子右边的各个重锤距
轮轴更远些,就会驱动轮子按箭头方向永不停息地转动下去。
分析：设想该机器置于真空当中，即运行时不受到空气阻力，但我们知道轮
轴与转盘的接触面不可能绝对光滑，运行时势必会产生摩擦阻力，此时机械能转
化成摩擦热能，机器将会慢慢停止。此方案不可行。
（2）滚珠永动机
滚珠永动机是利用格板的特殊形状，使一边重球滚到比另一边的距离轮心远
些的地方。设计者本以为在两边重球的作用下会使轮子失去平衡而转动不息，但
试验的结果却是否定的。
分析：我们先忽略其实践结果。滚珠式永动机的设计原理与奥恩库尔的永动
机是相同的，都利用了轮新左右两边力矩不相等使轮轴不断转动。该设想也同样
无法解决摩察阻力的问题，且在运转时，可能会出现一个正好使得轴心左右两端
力矩相等的位置，这是如果轮轴的角速度正好为零，则机器停止转动。该设计不
论从原理上或实践中都是失败的。
（3）软臂永动机
1570年，意大利的泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A
是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚下去，滚到上端的E处，从小洞B
落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。
分析：软臂永动机的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使
机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，力却增大了，转轮只能停止
在原地。
（4）阿基米德螺旋永动机
把水从蓄水池里汲到上面的水槽里，让它冲击水轮使之转动，轮子在带动水
磨的同时，又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。这样，整台
机械就可以永不停息地运转下去。
可行性分析：这样的设计当然也必然以失败告终。因为即使没有摩擦力，从
水槽中流下的水的冲力,也不足以既带动水磨工作,又带动汲水器把全部流下的水重新汲回到原来的高度。
（5）浮力型永动机
利用球的重力使球串向下并接触水面，进而利用水的浮力上升，推动轮子转
动。
可行性分析：浮力控制，出口的的坡度控制（影响求脱离管子落到轴轮上的速度）都很难精确地实现。运转过程中只要有水漏出，下一个球将无法从管道中
落下，且随着轴轮转动时间增长，摩擦阻力增大，轴将停止转动。认为以上各设计方案都很巧妙，充分利用了大自然中本来就存在的力，如磁
力，水的浮力以及力矩作用。当然，近年来也有人提出了可以利用万有引力提供
远远不断力的来源，或者可以利用电磁力实现永动。但我们不能忽视一个在所有
设想方案中都存在的问题---器械间的摩擦阻力。在实现器械间零摩擦前，不可
能制造出第一类永动机。所以解决摩擦问题是关键，近年来提出利用超导体来实
现无摩擦。我们知道，温度越低，超导的效果越好，当无限接近绝对零度时，也
许可以彻底消除摩擦。但由热力学第三定律，绝对零度不可能达到。以当前的科
学技术，实验室温度最多达到一百多开尔文。就当今科学技术发展而言我认为第一类永动机不可能制造出来。
不过，科技在不断发展，随着一个个定律被推翻，也许，第一类永动机会被
成功制造。
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