永动机_永动机存在
永动机由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“永动机存在”。
永动机幻想的破灭
10010426:杨仲豪
内容提要：本文从永动机的概念、历史上曾经出现过的永动机以及永动机幻想破灭的原因等几个方面描述永动机从出现到破灭的整个过程，最后得出我们从中应吸取的教训.关键词：永动机、幻想、热力学第一定律、热力学第二定律
引言：
人类的历史需要感谢那些在科学研究上做出科学贡献的人，因为他们的研究人类社会才能更加地先前发展。我们今天能过上如此舒服的生活就更是的感谢他们了！当然在科学研究中同样会遇到歧路，而在近代永动机便是一条让众多有杰出创造才能的科学家一去不复返的歧路。我们也在物理课中对永动机有过一点了解，不过接下来就让我们更深入地了解一下永动机幻想的破灭。
一、永动机是什么
首先我们先了解一下永动机的概念：永动机是指违反热力学基本定律的永不停止运动的发动机。
不过现在有人认为永动机这个名词不是很恰当，他们说：“如飞轮之类，一旦开始运动，若无摩擦阻力作用，是可以永久继续运动下去的，这在实际上虽然不易实现，但是在道理上说得通，可以看作一种实际的极限情况。”他们还认为：“所谓永动机并不是指这种情况，不是试图去保持永恒的运动，而是期望在没有外界能源供给，即不消耗任何燃料和动力的情况下，源源不断地得到有用的功。”事实上，这种说法还是很有道理的。在时代的发展中曾经出现了两类永动机：第一类永动机是指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的机器；第二类永动机是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。
二、永动机想法的起源及出现过的永动机
永动机的想法起源于印度，公元1200年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而
对外做功，只会摆动几下，便停下来。
达·芬奇的永动机
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。事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。
斯特尔的永动机
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。
磁力永动机
大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，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。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道电场力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认
真想一想，其荒谬处就一目了然了。
浮力永动机
浮力也是设计永动机的一个好帮手。下图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，左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，现在左边这些球浸在水里，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。这样的永动机也没有制成，是不是因为要下面的球能够通过容器底，而又不能让水漏出来，制造起来技术上有困难呢？技术上的困难并不是主要问题，主要问题还是出在设计的原理上。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，各个力恰好相互抵消掉，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。从哥特时代起，这类设计方案越来越多。17世纪和18世纪时期，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。有学识的和无学识的人都相信永动机是可能的。这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们，但是，所有这些方案都无一例外的以失败告终。他们长年累月地在原地打转，创造不出任何成果。
在制造第一类永动机的一切尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便。比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。同样有很多人在这种永动机上撞的头破血流，有很多的想法被提出，在这里也就不再做过多的阐述了。
三、永动机无法出现的原因
在那个时代，有许许多多有能力、有才华的科学家在永动机上撞的头破血流，他们一次又一次的努力着、尝试着，但迎接他们的知识一次次的失败。在这个过程中，有一些人从疯狂中清醒了，他们开始重新审视自己研究的这个项目，他们开始认识到从用力学方法不可能制成永动机，他们开始试图用科学方法检验永动机想法的可能性。随着热力学第一、第二定律的发现，永动机的幻想彻底破灭了！
（1）第一类永动机幻想的破灭
热力学第一定律的发现从理论上证明了第一类永动机是不可能制造出来的。
大量的实验表明，要使一个系统的热运动状态发生变化（如使物体的温度升高或物态变化），既可以通过做功的方式，也可以通过加热的方式。一般地说，自然界实际发生的热力学过程往往是上述两类基本过程的综合，即系统既发生宏观位移而做功，又由于存在温度差而与外界交换热量。如果以A表示系统对外界做的功，Q表示外界传给系统的热量，△E为系统内能的增量，则：Q=△E+A；
这也就是热力学第一定律常用的一种表达式。
而第一类永动机是指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的机器。即在循环一周期的过程中有：△E=0；Q=0;A>0。
从此我们可以得出第一类永动机是不符合热力学第一定律的，也就证明了第一类永动机的无法实现！
（2）第二类永动机幻想的破灭
在第一类永动机失败后，第二类永动机的构想又被人提了出来。第二类永动机的设想比之前的第一类永动机更具有欺骗性，甚至于在1881年美国人约翰·嘎姆吉设计的零永动机居然引起了美国海军的高度重视。不过伪科学毕竟是伪科学，只要我们牢记真理，那么不论它的形式多么具有迷惑性我们也可以拆穿它！而热力学第二定律就是拆穿第二类永动机的一把宝剑！下面我就先具体介绍一下热力学第二定律。
热力学第二定律是热力学定律之一，是指热永远都只能由热处转到冷处。
Rudolph Clausius）和英国人开尔文（Lord Kelvin）在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理，意识到卡诺定理必须依据一个新的定理，即热力学第二定律。他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。这两种表述在理念上是相通的。
克劳修斯表述： 不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。
开尔文表述： 不可能从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。(这是从能量消耗的角度说的，它说明第二类永动机是不可能实现的）。
当然热力学第二定律不是凭空想出来的，它是通过几代科学家的观察、实验、论证的基础上出现的。虽然从微观上理解，热力学第二定律是涉及大量分子的运动的无序性变化的规律，也就是说它就是一条统计规律。所以它只适用于大量分子的集体。由于宏观热力学过程总涉及大量的分子，对他们来说，热力学第二定律总是正确的。也正因为这样，它就成了自然科学中最基本而又最普遍的规律之一。
现在我们再看第二类永动机，它是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。这明显就和开尔文表述相悖，也就说明了第二类永动机的无法实现！
四、我们从中吸取的教训
首先我们必须赞扬那些极具创造能力的人，正是在他们的不懈努力下，一个个创造性的发现才出现在人类社会中，是他们的发现促进了整个人类社会的发展，是他们创造了人类辉煌的明天！当然在科学发展的道路上也并非是一帆平坦，在科学发展相对落后的时代，在当时社会环境的影响下，即使是多么天才的人，他们对某些事物的认知也会出现不可避免的偏差，从而导致他们走上歧路。我们不能因为他们一时的错误就对他们百般指责甚至是彻底否定，毕竟人无完人！我们不能忽略他们已然做出的贡献，毕竟我们或许还不如他们！当然有许许多多的人走进了歧路，可是还是有很多的人最终走上了正确的道路，他们或许一直走在正确的道路上或许是从歧路上回来的，他们继续努力着，将自己的一生都彻底地奉献在科学的发展上！
说到这里我想说一点别的东西，在写这篇论文的过程中我上网查资料的时候有一个让我感到震惊的事情：在网上有很多人声称自己造出了永动机，还有一些人为了制造永动机耗尽自己的一生积蓄，这些事情都让我感到费解。我想说的是人无论做什么事情都要有客观可能性根基，古往今来，不知有多少人设想过制造永动机，期望机器一经开动，不需补充任何能量就永远不停地运转下去。但是，这种设想没有客观根据，因而是永远也不可能实现的。英国著名科学家焦耳年轻时有过一段追求永动机的经历，失败以后得出结论说：“不要永动机，要科学”。他踏上科学道路以后，终于在热力学方面作出了贡献。一切在科学研究和实际工作中希望获得成功的人们，都应该做那些有可能性的事情，不要把那些根本不可能的东西当作可能的东西去追求。否则，就会误入歧途，白白浪费时间和精力。牛顿在这方面留下过深刻的教训。早年他按可能性办事，发现了万有引力定律，在自然科学上取得许多辉煌的成就。但在晚年，他感到了困惑：物体在不受外力作用时，靠惯性运动；那么，使物体开始运动的第一次外力从哪里来？于是，他竟提出了“上帝第一推动”的谬说，追求没有可能性的宇宙第一推动力研究，结果浪费了时间，留下了笑柄。
五、结语
第一、二类永动机的失败向我们揭示出了一个普遍的真理，那就是我们无论做什么事情首先都得符合客观自然规律，要想前进就得先选择一条正确的道路并坚定不移地走下去！
参考文献：
【1】 张三慧.大学物理学【M】.清华大学出版社，2008.09
【2】 武际可.永动机漫话【OL】.力学史与方法论论文集 , 2003 年.【3】 司德平.第一类永动机幻梦的破灭【OL】.物理实验2006年 01期.【4】 方舟子.该如何验证永动机【OL】.北京科技报, 2004-12-22.【5】 张锡娟,朱海星.永动机与热力学定律[OL].现代物理知识,2003,14(3):21-24.
