举例说明永动机是不可能制成的_谈不可能制成的永动机

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举例说明永动机是不可能制成的李晓博安全工程学号1120110

321摘 要 本文通过对举例说明和对热学原理的阐述验证永动机在现在是不可能实现的。

关键词 永动机；热力学第一定律；热力学第二定律；热力学第三定律；引言

在热力学中，我们知道能量是不可能凭空产生的，也不可能从单一热源吸收热量全部用来做功，并且热机的功率是达不到百分之百的，所以必然有能量损失，于是乎在不加人能量的情况下是无法实现永动的。利用任何机器都只可能减少力的强度，改变力的方向，而不能减少力的做的功，也就是说，要使机器干多少活，人们至少必须相应地供给机器多少能量，甚至更多的能量。一旦停止供应，任何一台机器就不可能一直运行下去。“既要马儿跑，又要马儿不吃草”的做法，这在实际生活中是做不到的。第一类永动机

历史上，有些人曾经设想制造出两种永动机。第一种永动机就是把机器完全与外界隔绝，依靠机器自身的能量周而复始地运行下去。然而，无论设计方案多么细致、周到，甚直是“煞费苦心”，在实际制作中都以失败而告终。其原因是，在没有任何外力的作用下，机器运行过程中的磨擦阻力是无论如何消除不了的，它们只会一点一点地消耗机器自身的能量，而使机器最终无法运行。自然界存在一条普遍的物理定律－－热力学第一定律，它是能量守恒定律在热学上的表现。它告诉人们：在没有任何外力供应能量的情况下，物体的能量既不能产生，也不会消失。在不可避免存在磨擦阻力时，机器的能量一时在对付摩擦阻力上“弹尽粮绝”，就不可能再运行下去，永动机也就成了空想。

早期著名的一个永动机设计方案，是13世纪法国人亨内考提出的。亨内考设计的装置当时并不叫作永动机，而是按它特别吸引人的性质，把它叫做“魔轮”。他在一个轮子的边缘上等距地安装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球。无论轮子转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些。亨内考设想，右边更大的作用特别是甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，就会压使轮子按照箭头所示的方向永不停息地旋转下去，至少要转到轮轴磨坏时为止。但是，实际上轮子转动一两圈后就停了下来。

后来，文艺复兴时期意大利的达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了一个类似的装置。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。

16世纪70年代，意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。他在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。

浮力也是设计永动机的一个好帮手。是一个著名的浮力永动机设计方案。一连串的球，绕在上下两个轮子上，可以像链条那样转动。右边的一些球放在一个盛满水的容器里。设计者认为，右边如果没有那个盛水的容器，左右两边的球数相等，链条是会平衡的。但是，现在右边这些球浸在水里，受到了水的浮力，就会被水推着向上移动，也就带动整串球绕上下两个轮子转动。上面有一个球露出水面。下面就有一个球穿过容器底，补充进来。当下面的球穿过容器底的时候，它和容器底一样，要承受上面水的压力，而且是因为在水的最下部，所以它受到的压力很大。这个向下的压力，就会抵消上面几个球所受的浮力，这个水动机也就无法永动了。

此外，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用，电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。其实，在所有的永动机设计中，我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好下互抵消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。

热力学第二定律是由无数次实践证明了的客观规律。它可以表述为：“从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响是不可能的。”这也就

是说，热机不可能有100%的效率，它要在把从高温热源吸收的一部分热量变为有用功的同时，把另一部分热量放到低温热源。

此图是Taisnerius 设计的永动机，整个系统由一颗强磁铁，一颗铁球，和两个斜坡所组成。理论上铁球会被磁铁拉上斜坡，再从洞里掉下去，回到开始的地方，从而不停地运作。问题呢？任何强到足以将铁球拉上去的磁铁，自然不可能放铁球从洞里再掉下去啰！当然，你可以说球在下划到低端的时候有一个反冲力，它借助磁铁的吸引力和反冲力回到顶端。但是我们由能量守恒定律可得，球在没有到达顶端的时候速度就已经为0了。我们把磁力的情况简化，那么做功为0。

Mgh-f1s1=1/2mv*2；

1/2mv*2=mgH+f2s2;

这样解得H是小于h的。

磁力在整个过程中都做功，但是由于摩擦阻力（一直做负功）的作用，所以能量有损失，但却没有能量的输入。于是球是回不去的，也就谈不上循环运作的，所以也就无法永动了。第二类永动机

从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。但实际的热力学过程都是按一定的方向进行的，是不可逆的。热量可以从高温物体传向低温物体，直至达到温度相等的热平衡。虽然第二类永动机没有违背热力学第一定但是却不符合第二定律。

1881年美国人约翰·嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。

1877年，玻耳兹蔓提出：孤立系中的自然过程总是沿着热力学概率增大的方向进行。玻耳兹蔓用熵S来表证系统内分子运动无序性的大小。1900年，普朗克改进了玻耳兹蔓的公式：

S=klnΩ

而由熵增加原理可知道永动是不可能的。一个孤立系统的熵不能减少，而只

能增加，现实中的情况就是如此；或者不变，在理想的可逆系统的情况下，这在现实世界从未发生。熵增加原理也给出了时间的方向，这就是系统自发演化的方向。结论：

永动机在现在物理成立的条件下是无法存在的。启示：

永动机的种种设计方案的失败，引起了人们的反思，启发了能量转化和守恒的思想，成为能量转化和守恒原理建立的思考线索之一；其次，要依据科学规律办事。历史上追求永动机的人们，并不是因为他们没有一种良好的愿望，也不是他们缺乏刻苦钻研的精神，只是由于他们做的是违背客观规律的工作。他们对梦想的不断追求的精神值得我们学习，探索真理，追求科学。