很棒的建议！关于永动机

永动机

什么是永动机？

永磁体上方有一个电磁线圈，所以有定量功的电磁线圈产生的势能与永磁体的磁力成正比。永动机是指违背热力学基本定律，无法实现的发动机。不消耗能量就能永远做功的机器，违反了热力学第一定律，所以被称为“第一类永动机”。在没有温差的情况下，不断从自然界的海水或空气中吸收热量并不断转化为机械能的机器，违反了热力学第二定律，因此被称为“第二类永动机”。永动机这个词不太恰当。比如一个飞轮，一旦开始运动，就可以无摩擦无阻力地永久继续运动，这在实际中不容易实现，但有意义，可以看作是一种实际的极限情况。所谓永动机，并不是指这种情况，不是试图保持永恒的运动，而是期望在没有外界能量供应的情况下，即不消耗任何燃料和动力的情况下，连续不断地得到有用功。如果这种永动机真的可以制造出来，那么我们就可以在不使用任何自然能源的情况下，无中生有地获得无穷的动力。在人们还没有掌握自然的基本规律的时候，这种想法曾经诱惑了许多具有杰出创造才能的人，他们付出了大量的智慧和劳动来追求这一梦想的实现。然而，没有任何永动机被实际制造出来，也没有任何永动机的设计方案经得起科学检验。

永动机不能存在的原因

根据宇宙规律，宇宙中、地球上的任何物质都要经历产生和消亡的过程，都要在外力的条件下完成自身的转化，比如人类需要吃饭等等。宇宙万物都会消亡，只是时间问题。永动机违反了这个定律，所以违反定律公式的物质是不存在的。人类的发明只是对定律公式的尝试，人类感受不到，但我们发现人类“发明”的是自然界早已存在的现象，只是人类用公式+劳动来解锁。所以，我们不能违背宇宙的规律，只能遵循它。

永动机之梦

永动机的想法起源于印度。大约在公元1200年，这种思想从印度传播到伊斯兰世界，又从这里传播到西方。在欧洲，早期最著名的永动机设计之一是由一个叫Hennecau的法国人在13世纪提出的。如图:车轮中央有一根转轴，车轮边缘装有12根活动短杆，每根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更远，所以右边的球产生的旋转力矩大于左边的球产生的旋转力矩。这样，轮子就会按照箭头所指的方向无休止地转动，带动机器转动。这个设计被很多人以不同的形式抄袭过，但从来没有被无休止的翻。仔细分析会发现，虽然右边每个球产生的扭矩大，球数少，左边每个球产生的扭矩小，但球数多。所以轮子不会继续旋转对外做功，只会摆动几下，停在右边画的位置。后来，达芬奇(1452-1519)在文艺复兴时期的意大利制作了类似的装置。他设计的时候认为右边的重球比左边的重球离轮子中心更远，轮子在两边不平衡的作用下会无休止地向箭头方向旋转，但实验结果是否定的。达芬奇敏锐地断定永动机是不可能实现的。实际上，根据杠杆平衡原理，在上述两种设计中，虽然右边的每一个砝码都对车轮产生较大的旋转作用，但砝码的数量较少。精确的计算可以证明，总会有一个合适的位置，使左右两边的重物对车轮施加的反方向的旋转作用(扭矩)刚好相等，互相抵消，使车轮达到平衡，静止下来。流水的落差可以推动涡轮对外提供动力。流水可以用来设计永动机吗？16年70年代，意大利机械师斯泰尔提出了永动机的设计方案。在他的设计中，他认为上水箱流出的水会冲击水车的转动。在带动水车转动的同时，水轮会通过一组齿轮带动螺旋泵，将蓄水池中的水再次提升到上水箱。他认为整个装置可以继续这样运转，有效地工作。事实上，越来越少的水回流到水箱中，不久水箱中的水全部流入下面的水库，涡轮机停止运转。浮力也是设计永动机的好帮手。是著名的浮力永动机设计方案。一系列的球，缠绕在上下轮上，可以像链条一样旋转。右边的一些球放在一个装满水的容器里。设计者认为，如果右边没有盛水容器，左右两边的球数相等，链条就会平衡。但是，现在右边的这几个球浸在水里，被水浮起，就会被水向上推，带动整串球绕着上下两个轮子旋转。水面上有一个球。下面有一个球，穿过容器底部，被加入。这样的永动机没有做出来，是因为技术上很难让下面的球穿过容器底部而不让水漏出来吗？技术难度不是主要问题，是设计的原理问题。下面的球穿过容器底部时，承受着上面水的压力，就像容器底部一样，而且因为在水底，所以压力很大。这个向下的压力会抵消上面球的浮力，流体动力机器不会永远不动。此外，人们还提出了各种利用轮子的惯性、细管的毛细作用、电磁力等获得有效动力的永动机设计，但无一例外都失败了。事实上，在所有永动机的设计中，我们总能找到一个平衡的位置，在这个位置上，力正好相互抵消，不再有任何驱动力使其运动。所有的永动机必然会停在这个平衡位置，变得没有动力。从哥特时代开始，这样的设计越来越多。在17世纪和18世纪期间，人们提出了各种永动机的设计，包括“螺旋水泵”、轮子的惯性、水的浮力或毛细作用、同性磁极间的排斥等。朝廷聚集了各种试图用这个虚无缥缈的发明赚钱的方案设计者。有学问的人和没受过教育的人都认为永动机是可能的。这项任务像海市蜃楼一样吸引着研究人员，但所有这些方案无一例外都以失败告终。他们在同一个地方转了好几年，也创造不出什么结果。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到，任何对外做功的机器都会消耗能量。机器不消耗能量就不能做功。这时，一些著名的科学家，如斯台文和惠更斯，开始意识到用机械方法制造永动机是不可能的。

永动机梦想的幻灭

19世纪中期，一系列科学工作者为正确认识热函数变换与其他物质运动形式的关系作出了巨大贡献，很快发现了能量守恒和转化的伟大定律。人们认识到自然界的一切物质都有能量，能量有各种形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，在转化转移过程中能量之和不变。能量守恒转化定律为辩证唯物主义提供了更准确、更丰富的科学依据。有力地打击了物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，彻底打破了永动机的梦想。在所有制造第一种永动机的尝试失败后，有人梦想制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且经济方便。例如，这种热机可以直接从海洋或大气中吸收热量，并将其转化为机械功。因为海洋和大气的能量是取之不尽用之不竭的，这种热机可以无休止地工作，也是一种永动机。但是，英国物理学家开尔文在大量实践经验的基础上，在1851中提出了一个新的普遍原理:物质不可能从单一热源吸收热量，从而在没有其他影响的情况下完全变成有用功。这样，第二种永动机的想法也破产了。层出不穷的永动机设计方案，都是在科学的严格审查和实践的无情检验下失败的。1775，法国科学院宣布“本科学院将不再审查所有与永动机相关的设计”。这说明当时科学界已经从长期积累的经验中认识到，试图制造永动机是没有成功希望的。永动机的想法在人类历史上已经延续了几百年。对这一神话的驳斥不仅有利于人们对科学的正确认识，也有利于人们对世界的正确认识。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为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。在转化转移的过程中，能量之和不变，这是能量守恒定律，所以第一种永动机是做不出来的。能量的转化和转移是有方向性的，就像热可以自发地从热的物体转移到冷的物体，但不能自发地从冷的物体转移到热的物体而不引起其他变化，所以第二类永动机是做不出来的。

历史上有很多人试图设计一种机器，这种机器不消耗能源，可以无休止地旋转，甚至可以连续做功。这就是人们所说的永动机。尽管很多人都很努力，但事实证明他们无一例外都失败了。永动机是一种幻想，永远不会成功，因为它违背了自然界最普遍的规律之一，即能量转化和守恒定律。著名科学家达芬奇早在15世纪就提出了永动机不可能的观点。他曾经设计过一种转轮，如图所示，在转轮边缘安装了一系列容器，容器中装有一些水银。他认为容器中水银的运动可能会使转轮永远转动，但经过仔细研究，他得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到，永动机的尝试注定要失败。他写道:“永恒运动的幻想家！你的探索是多么徒劳！还是去当拜金女吧！”然而，在15世纪之后的几百年里，制造永动机的活动从未停止过。例如，在17世纪，有一个名叫马尔基斯的囚犯被囚禁在英国的伦敦塔下。他做了一台旋转的“永动机”，如图所示。转轮直径4.3米，40个钢珠，每个重23公斤，沿辐条翼外侧运动，增加扭矩。当转轮转到高处时，钢珠会自动滚到中心。据说，他曾经为英国国王查理一世表演过这个装置。国王非常高兴，赦免了他。其实这个机器是靠惯性来维持短期运动的。19世纪有人设计了一种特殊的机制，如图。它的手臂可以弯曲。臂上有一个凹槽，球沿着凹槽滚动到伸出的臂端，增加了扭矩。转向另一侧，柔软的手臂开始弯曲并向轴靠近。设计者认为这样可以使机器获得扭矩。但他没想到的是，虽然力矩臂缩短了，但阻力增大了，跑者只能停在原地。阿基米德螺线永动机1681年，英国著名医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米德螺线(如图)将水池中的水提升到高处，然后让上升的水带动涡轮。涡轮既能带动水车做功，又能使阿基米德螺线不断提水。这样反复下去，不就不用担心旱不旱了吗？当时响应他的人很多，各种自动涡轮相继提出，出现了热潮。磁力永动机是1570左右。一位名叫特斯尼尔的意大利教授提出，永动机可以通过磁铁的吸引力来实现。他的设计如图所示。a是磁铁，铁球C能被磁铁吸引沿斜面向上滚，到上E，从小孔B落下，通过曲面BFC返回，再次被磁铁吸引，这样铁球就能沿螺旋路径不断运动。大概他当时还没有建立库仑定律，不知道磁力的大小和距离的平方成反比。只要他认真思考过，他的荒谬就一目了然了。类似的例子还有很多，这里就不赘述了。只要列举一些名字，就足以说明这种徒劳的活动是多么广泛，多么吸引人。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。在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们也从基础力学理论的研究中逐渐认识到了自然的客观规律。在达芬奇之后，史蒂文在1568写了一本书《静力学基础》，其中在讨论斜面上的力的分解时，明确提出了永动机无法实现的观点。他用的插图画在书的扉页上，如图，上面写着:“魔术不是魔术。”将14个等重的小球均匀地穿过螺纹，形成首尾相连的球链，放在斜面上。他认为链条的“无休止的运动是荒谬的”，所以两边都要平衡。1775年，法国科学家郑重通过决议，拒绝尝试永动机。在《法国科学院史》一书中是这样记载的:“今年，科学院通过了一项决议，决定拒绝听取以下问题的答案:立方、角三等分、与圆面积相等的正方形，以及任何显示永恒运动的机器。”并解释说:“永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力最终不破坏原有的动力，这种动力也不可能产生与原因相等的效果；如果我们想象动力可以连续工作，那么在一定的时间内，效果会无限小。如果摩擦力和阻力减小，初始运动往往会继续，但不能与其他物体相互作用。在这种假设下(自然不可能存在)，唯一可能的永恒运动将无益于实现永动机建造者的目的。这些研究的缺点是极其昂贵，不仅摧毁了一个家庭，而且本可以为公众提供大量服务的技术人员往往浪费了他们的工具、时间和智力。“然而，即使在法国科学院如此明确的警告下，创造永动机的活动仍未收敛。19世纪中叶，能量守恒定律已经确立。1861年，一位英国工程师德尔克斯收集了大量资料，写了一本名为《17和18世纪的永动机》的书，警告人们不要梦想从永动机这一礼物中获得名声和好运。然而，德尔克斯的“警告语”没能阻止永动机继续泛滥。19年底，美国宾夕法尼亚州有人尝试用磁铁代替钟摆的锤子，尝试用磁力代替发条，认为没有发条也可以自动维持摆动，结果徒劳无功。在20世纪，更复杂和似是而非的设计被提出。比如，有人想“发明”自动汽车，有人想“创造”自动洗衣机，有人想利用水中的“分子引力”制造“自动”水泵，有人想单纯靠永磁体制造发电机。尤其是在“能源危机”的刺激下，这样的活动越来越多，层出不穷。另一种永动机经常被提出来，令人困惑。比如19的80年代，DC华盛顿州的一个发明家设计了一个Zeromotor，用液氨作为工作物质从周围环境中吸收热量，氨从液态变成气态，在0℃产生4个大气压的压力，可以推动活塞做功，就好像不需要使用燃料一样。他进一步解释说，氨气在驱动活塞后会被膨胀冷却，在容器内会自动冷凝，所以可以循环工作。1881年，他的设计得到了美国海军总工程师的支持，受到了政府的表扬。就连当时的美国总统也饶有兴趣地观看了设计模型。他们可能认为，如果这种发动机真的成功了，美国舰队就不需要加煤站了，可以从汪洋大海中获得无穷无尽的热能。但只要科学分析就会发现，Gammy的设计属于单热源热机，违背了热力学第二定律，这是第二种无法实现的永动机。如果说永动机的发明对人类有益的话，那就是人们可以从中吸取一个教训:一切违背能量转化、守恒等自然规律的“创造”都是注定要失败的。

看完这些关于发明永动机的故事，你有什么感受？科学的规律一定不能违背，违背了就碰壁。别白费力气了！科技的发展应该用来尽量减少不必要的能量损失，而不是开发永远无法实现的永动机。

永动机的启示

各种永动机设计方案的失败，永动机美好梦想的幻灭，对于每一个寻找永动机的人来说，都是一个不小的打击。但是，反思这个失败的探索过程，从反面启示人类。有科学家从这个否定的结论开始思考，提出了这样一个问题:永动机造不出来。是不是意味着自然界存在一个定律，让我们不可能无中生有的获得能量？也就是说，自然界中各种能量之间存在一定的转化关系。这方面的思考是建立能量转化和守恒原理的线索之一。德国著名物理学家、生理学家h .亥姆霍兹(1821-1894)从永动机无法实现这一事实出发，研究发现了能量转化和守恒原理。他在论文中写道:“鉴于以往实验的失败，人们不再问我如何利用各种自然力之间已知和未知的关系创造出一种永恒的运动，而是问如果永恒运动是不可能的，各种自然力之间应该存在什么样的关系？”19世纪中叶，能量转化和守恒原理被科学界普遍认可。这个原理指出自然界所有物质都有能量，对应不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等。它们分别用各种运动形式的特定状态参数来表示。当运动形式改变或运动量转移时，能量也从一种形式变为另一种形式，从一个系统转移到另一个系统。在转化和转移过程中，总能量保持不变。还有一个奇妙的幻想，不违反能量转化和守恒原理。如果能通过巧妙的机器把空气或海水中的热能全部转化为我们需要的机械功，就可以成为取之不尽的能源。发明这台机器的想法比之前凭空产生能量的想法聪明多了。如果真的能发明这种机器，还有一个好处。一方面我们可以把一个东西里面的热能拿出来做功，同时会降低这个东西的温度。这样，我们可以在海洋上建立一些巨大的工厂，并利用海水中的热能进行各种工作，例如用它来发电。一艘船可以利用海水中的热量环游世界，而不需要燃烧煤或石油。这难道不是一件美好的事情吗？这可以称为第二永动机，也是不可能实现的，因为它违反了热力学第二定律。热力学第二定律是被无数实践证明的客观规律。可以表述为:“不可能从单一热源吸收热量，在没有其他作用的情况下，将其转化为有用功。”也就是说热机不可能有100%的效率。它要把从高温热源吸收的一部分热量变成有用功，同时把另一部分放入低温热源。追寻永动机的失败经验可以给我们两个启示:一是失败经验也具有积极的科研价值，永动机的各种设计方案的失败引起了人们的反思，激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维线索之一；其次，要按照科学规律办事。历史上追求永动机的人，不是因为他们没有一个美好的愿望，也不是因为他们缺乏努力学习的精神，而是因为他们做了违背客观规律的工作。在人们知道能量传递和转化的规律之前，我们只能为那些寻求永动机的努力失败而感到惋惜。但是，如果今天还有人设计永动机，那他就是愚蠢的，违背了科学规律，永远不会成功。人类在利用自然时，必须遵守自然规律，而不是开发永远无法实现的永动机。

永动机骗局

历史上无数人痴迷于永动机的设计和制造。在热力学体系建立之前，既有科学家，也有希望成名致富的投机者。热力学体系建立后，除了希望打破现有科学体系的“民间科学家”之外，更多致力于永动机设计的人是以永动机名义赚钱的骗子。历史上著名的永动机骗局有:△自动轮骗局:1714。2004年，德国人奥菲利乌斯声称发明了一种叫做自动轮的永动机，每分钟旋转60转，可以把16公斤的物体提升到相当高的高度。当他宣布这一消息并进行公开实验时，它在德国全国闻名。1717波兰的一位总督视察了放置自动轮的房间，并派军队守卫这所房子。40天后，他发现自动轮还在转动，他给俄耳甫斯出具了鉴定证明。俄耳甫斯通过展出自动轮获得了大量资金，俄罗斯沙皇彼得一世甚至与他达成了价值6.5438亿+卢布的购买协议。最后因为俄耳甫斯的妻子与侍女发生争执，侍女怒而揭发。原来自动轮是藏在房间墙壁里的女佣开的，整个事件就是个骗局。△王洪成骗局:中国哈尔滨人王洪成在1984提出永动机方案。他用自己设计的永动机带动自己的洗衣机、电风扇等设备运转。很快骗局被揭穿。他制作的永动机模型是一个由隐藏的纽扣电池驱动的电动机，而供应洗衣机和电风扇运转的电线隐藏在地下。1998年，王洪成的另一个骗局“水变油”被揭穿，他本人锒铛入狱。此外，在1980年代的巴黎博览会上，展出了一种“永动机”:这种装置是一个不停转动的大轮子。参观世博会的游客对这个永动机非常好奇，并向相反方向推动轮盘赌轮盘，以阻止轮盘转动。这个永动机装置的设计者只是利用了观众的好奇心，让他们把轮子向后转，给永动机上发条，维持装置的运转。此外，国民党军12兵团原军长黄维，在1948年的国内战徐崩战役中被俘，被送往Kutokuhayashi战犯管理所“改造”。在1975发布期间，他不顾一切反对，在研究所里潜心研发永动机，名气很大。当然还是以失败告终。永动机原理。永动机的磁力是力。做个实验。在棍子的两端安装一块磁铁。把棍子放在架子上，这样它可以转动。然后在磁铁下面装一块磁铁，左边的让磁铁向上运行，右边的让磁铁向下运行。我们可以设计磁极来实现这种运动。

第一类永动机

历史上很多人都有过这样一个美好的愿望:制造一台没有动力的机器，可以不断的对外界做功，从而无中生有的创造出巨大的财富。在科学史上，永动机从未成功过。能量守恒定律的发现使人们认识到，任何机器都只能把能量从一种形式转化为另一种形式，而不能凭空创造能量。所以永动机根本做不出来。它违背了热力学第一定律:物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量与物体对外界所做的功之和。

第二类永动机

曾经有人设计了一种机器，希望它从高温的储热器(比如锅炉)吸热，然后用来做功，而不从低温的储热器放热。这台机器的效率不是100%吗？这种机器不违反能量守恒定律，但都没有成功。人们把这种只从单个储热器吸热而不连续工作的永动机称为第二种。这种永动机之所以做不出来，是因为机械能和内能之间的转化是有方向性的:机械能可以转化为内能，但内能不能完全转化为机械能而不引起其他变化。