永动机,永动机能否真正实现

文章作者:蓝色鸢尾 | 2016-03-21
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        在初中物理的课程中就会讲到关于永动机的话题,并且我们知道,能量是守恒的,意思就是说世界上的能量是恒定的,只是能量会通过不同的形式进行转换,这也是永动机无法实现的最根本原因,其实呢,永动机的概念在千年前就已经有人提出来了,并且有很多的人在致力于研究探索永动机的可行性,并且许多人提出了各种各样的永动机原型,虽然结果都被科学界所否认,但是依然无法阻止人们去探究永动机的秘密,并且在美国,已经宣布了不接受任何关于永动机的专利申请,但是不得不说的是,永动机的概念已经深入了我们普通老百姓的心中,下面为大家介绍一下关于永动机的相关信息,介绍永动机的历史概况。

永动机

永动机的概念

        永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。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。后来时间到了文艺复兴时期,来自意大利的达芬奇也设计了一个永动机的原型,原理是和亨内考的差不多,但是稍微做了一点调整,但是最终实验结果明确的告诉了达芬奇,永动机的想法是无法实现的
        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。斯特尔在设计时认为,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,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。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。

永动机

永动机的时代发展以及各个时期的永动机理念

        永动机的概念在被提出来的时候就已经注定了其不平凡的经历,因为人们总是追求最完美的东西,哪怕在追求的道路上越走越远,因此对于永动机的探究脚步一直没有停止过,中间也产生了很多非常有意思的永动机模型,并且各个时期的永动机概念会有所不同,随着科技的日益发展,永动机的驱动形式也更加的多变了,比如说磁能的转变,都表现的是永动机概念的提升,下面为大家盘点一下各个时期的永动机概念想法,并且介绍关于永动机的原理设计问题。

第一类永动机

永动机

        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”。这种机器不消耗任何能量,却可以源源不断的对外做功。上面提到的亨内考以及达芬奇设计的永动机就是第一类永动机,现在当然知道,第一类永动机的存在本身就是一个错误,压根就不存在这一的永动机,并且焦耳还用实验让我们能够直观的认识第一类永动机就是不可能实现的。
        焦耳在1840~1848年间做了大量实验,测定了热与多种能量的相互转化时的严格的数量关系。以往热的单位是卡,功以尔格为单位,焦耳的实验结果为1cal=4.184×10^7erg,这就是著名的热功当量。此后,更准确地测定为4.184×10^7erg,即4.184J(焦耳)。焦耳实验表明,自然界的一切物质都具有能量,它可以有多种不同的形式,但通过适当的装置,能从一种形式转化为另一种形式,在相互转化中,能量的总数量不变。能量守恒转换定律的建立,对制造永动机的幻想作了最后的判决,因而热力学第一定律的另一种表述为:“不可能制造出第一类永动机”。由此可见,热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律,而第一类永动机的设计上是完全违背了这个热量守恒定律的,因此可以毫不犹豫的说,第一类永动机本身就是错误的。

第二类永动机

永动机

        在热力学第一定律问世后,人们认识到能量是不能被凭空制造出来的,于是有人提出,设计一类装置,从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能,并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头,这就是第二类永动机。历史上首个成型的第二类永动机装置是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。
        德国人克劳修斯和英国人开尔文在研究了卡诺循环和热力学第一定律后,提出了热力学第二定律。这一定律指出:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响。热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑,而这一定律的表述方式之一就是:第二类永动机不可能实现。

“第三类永动机”

永动机

        为什么在第三类永动机上需要打上双引号呢,因为第三类永动机被提出来了,但是并没有被制造出来,对于第三类永动机是这样描述的,在一个封闭的系统内,能量能够循环的转换,虽然能量的转换会消耗部分的能量,但是呢,总体的能量却并没有耗损,这样就能在维持能量永恒定理的同时,还可以实现永动机的原理,不过没有人能够设计出来,不过却产生了一个变形计划,那就是有人做过一个这样的实验,在一个封闭的环境里,几个人打算在里面生活一年,里面准备了所有的东西,就类似一个生态系统,结果,他们没几个月就无法生存下去了,虽然这个实验和永动机没有太大的关系,但是却间接的让我们知道了第三类永动机是无法实现的。

第四类永动机

永动机

        首先第四类永动机不是机械,机械不可能制造永动机,第四类永动机是某类特需的有序结构的物质,现在只有一小部分人接触过该理论,其中懂熵的又是少数,而大多数又已经完全接受熵增理论,对该理论保持质疑的态度。只有极少数支持者认为该类永动机不在人类经验范围之类,即承认了过去熵理论,又展望了未来熵理论,是个不错的提议,给人类未来带来了无限希望。
        因此可以说,第四类永动机虽然并没有被科学界完全否认,但是也没有被科学家们所接受,需要时间的验证来验明第四类永动机的可行性。

永动机的概念是如何传入我国的呢

        通过上面的介绍我们已经知道了,永动机的概念在西方国家已经有了千年的历史,并且发展出了很多非常有意思的永动机,那么我国有没有关于永动机的信息呢,永动机在我国是何时出现的呢,一般认为,我国古代是没有永动机的思想与设计的,也有极少的学者从中国古代的时计装置(如水晶漏)中提炼出了永动机的思想。不过通常认为,中国人关于永动机的思想是从晚清民国开始,伴随能量守恒定律被介绍至中国而开始传播的。
        1866年刊行的《格物入门》中提及“恒行永无停止之器,人不能为之”,但并未展开。直到1900年,王国维翻译的《势力不灭论》才较为详细地介绍了能量守恒定律以及永动机。该书是最早将永动机与能量守恒定律完整引入中国的著作之一。
        除了上面介绍到的永动机历史,还出现过其他的永动机,比如说磁永动机,虽然说也是一种能量的转换,但是还是有很多的地方值得探索,因为磁能和其他能量不同,地球本身就是一个巨大的磁场,或许还存在开发的可能,不过永动机是否能够顺利的发明出来,我们还不得而知,并且永动机的存在到底有什么意义,还没有定论,但是相信科学会给所有人一个合理的解释的。

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