第二百一十三章 永动机的构想﹙二﹚

ps：十九世纪中叶，一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献，不久后伟大的能量守恒和转化定律被发现了。人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础。

3﹑破灭

十九世纪中叶，一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献，不久后伟大的能量守恒和转化定律被发现了。人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础。有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，它使永动机幻梦被彻底的打破了。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。然而，在大量实践经验的基础上。英国物理学家开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。这样，第二类永动机的想法也破产了。层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。一七七五年，法国科学院宣布‘本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计‘。这说明在当时科学界，已经从长期所积累的经验中，认识到制造永动机的企图是没有成功的希望的。

永动机的想法在人类历史上持续了几百年。这个神话的被驳倒，不仅有利于人们正确的认识科学。也有利于人们正确的认识世界。能量既不能凭空产生也不能凭空消失只能从一种形式转化成另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体在转化和转移过程中能量的总和不变这就是能量守恒定律了所以第一类永动机是不能做出来的。而能量的转化和转移是有方向的，就像热量可以自发的由热的物体转移到冷的物体但不能自发的由冷的物体转移到热的物体而不引起其他的变化所以第二类永动机也是不能做出来的。

历史上有不少人企图设计一种机器，它不消耗能量，却可以不停息地转动甚至源源不断地对外做功。这就是人们所说的永动机。虽然经过许多人的辛劳，但事实证明他们无一例外地都归于失败。永动机是一种幻想，永远不可能成功，因为它违反了自然界最普遍的一个规律，这就是能量转化与守恒定律。

﹙1﹚达.芬奇

著名科学家达.芬奇早在十五世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图所示，在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银。他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”然而。十五世纪以后的好几百年里面，制造永动机的活动却从未停止过。例如：十七世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”。转轮直径达4.3米，有四十个各重二十三千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大。待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。

据说。他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。软臂永动机十九世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示。它的臂可以弯曲。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，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。

﹙2﹚阿基米得

阿基米得螺旋永动机一六八一年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。

﹙3﹚磁力永动机

大约在一五七零年，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，不知道磁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。

类似的例子还有许多，这里就不详细描述了。我们只要列举一些名称，就足以说明这类徒劳无益的活动是如何广泛、诱人。例如：表面张力永动机、浮力永动机、永磁永动机、自动车、自动洗衣机。等等。就在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性。继达.芬奇之后，斯蒂文于一五六八年写了一本《静力学基础》，其中讨论斜面上力的分解问题时，明确地提出了永动机不可能实现的观点。他所用的插图画在该书扉页上，见图，图的上方写着：“神奇其实并不神奇。”将十三个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链。放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”。所以两侧应平衡。

一七七五年，法国科学家郑重通过了一项决议，拒绝审理永动机。在《法国科学院的历史》一书中有如下记载：“这一年科学院通过决议，决定拒绝审理有关下列问题的解答：倍立方。三等分角，求与圆等面积的正方形，以及表现永恒运动的任何机器。”并且解释说：“永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力不致最终破坏原来的动力，这个动力也不能产生等于原因的效果；再如设想动力可以连续起作用，其效果在一定时间之内也会是无限小。如果摩擦和阻力减小，初始的运动往往得以继续，但它不能与其他物体作用，在这种假设（自然界不可能存在）中。惟一可能的永恒运动对实现永动机建造者的目的将毫无用处。这些研究的缺点是费用极度昂贵，不止毁了一个家庭，本来可以为公众提供大量服务的技师们。往往为此浪费了他们的工具、时间和聪明才智。”

然而，就是在法国科学院如此明确的警告之下，创造永动机的各种活动仍然未见收敛。十九世纪中叶，能量守恒定律已经确立。一八六一年，英国有一位工程师德尔克斯收集了大量资料，写成一本名为《十七、十八世纪的永动机》的书。告诫人们，切勿妄想从永恒运动的赐予中获取名声和好运。可是。德尔克斯这部“警世恒言”却未能阻止永动机的继续泛滥。

十九世纪末美国宾州有人想用磁铁代替钟摆的锤，企图用磁力做功代替发条，认为有可能无需发条而能自动维持摆动，结果是徒劳一场毫无成果。

进入二十世纪，更加复杂的、似是而非的种种设计不断被提了出来。例如有人想“发明”自动车，有人“创造”自动洗衣机，有人想利用水中的“分子吸引力”制造“自动”泵，有人想单纯靠永久磁铁做成发电机，特别是在“能源危机”的刺激下，这类活动竟有增无减，层出不穷。

另一类永动机也常被人提出而且还很迷惑人。如十九世纪八十年代，美国华盛顿地区有一位发明家甘姆埃，设计了一种零度发动机（r），用液态氨做工作物质，从周围环境中吸取热量，氨由液态变为气态，在0c时产生4个大气压的压强，可以推动活塞做功，似乎这样就可以不需使用燃料。他还进一步解释说，氨气在驱动活塞后因膨胀而冷却，又会自动凝结于容器，于是就可循环地工作下去。一八八一年他的设计居然得到美国海军总工程师的支持，受到官方赞扬，甚至当时的美国总统也极有兴趣地观看了设计模型。他们也许认为，如果这种发动机真的成功，美国舰队就不需要加煤站，从汪洋大海中就可以取得无穷无尽的热能了。

4﹑分类

﹙1﹚第一类永动机

第一类永动机是最古老的永动机概念，这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮的转动。十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置，一六六七年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一部直径五米的庞大机械，但是这些装置经过试验均以失败告终。

﹙2﹚第二类永动机

曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们吧这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。这种永动机不可能制成，是因为机械能与内能的转化具有方向性：机械能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其它变化。

﹙3﹚第三类永动机

磁力永动机是利用永磁力作能源，根据数学1+1=2的逻辑，借助电磁体的换向特性、用电子器件换向的方法、和能量守恒原理构成一种的机械，然后再带动发电机自供自给的方法保持永动的。(未完待续)