举例说明永动机是不可能制成的

第一篇：举例说明永动机是不可能制成的

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。

第二篇：举例说明永动机是不可能制成的

举例说明永动机是不可能制成的

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。

关键字永动机；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。第一类永动机

自从永动机从印度开始提出，人们对永动机的追求就从没有停止过。十三世纪的一个叫亨内考的法国人提出的永动机，也可以说是最早的永动机。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。但是这个装置的实验结果是只是左右摇摆了几下就停下来了。由杠杆平衡原理可知，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。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。所以就不会永远动下去。

第一类永动机都是依赖能量的无限输出的，但是能量是只能换的，它只能由一种形式转换成另一种形式，而不能凭空产生。

像浮力就是人们利用的最多的一种力，但其实系统中总能找到一个点使得力矩平衡的。例如：

水从上往下流的水力，足以带动一个抽水的系统将水再抽回去。问题是，水车产生的功带动抽水机所抽的水，永远少于将水带上去所需要的能量。

而另一个利用浮力的例子：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。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。而利用磁力也是以个好的设想，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。

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。拿绝热膨胀来说，在气体自由膨胀过程中，气体分子从占有较小的空间自发的变化到占有较大的空间，这样分子按位置分布的不确定性变大，即分子运动的无序性变大。从微观上看，绝热自由膨胀也是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

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。比如你从冰箱里取出一块冰，放在手上，冰很快会化成水，水又会化成气；同时，屋子里的温度会降低一点点儿，湿度会增高一点点儿。这个过程是一个人所习见、人所共知的正常过程，这个事件的序列就给出了时间的方向。反过来，如果你看到了它的逆过程：你的手上忽然浮现出一颗水珠，水珠越来越大，然后变成一个冰块，同时，室内的温度增高一点点儿，湿度降低一点点儿，你一定会诧异万分，不是屋子出了毛病，就是你在看电影。这个逆过程虽然不违背热一律，但是违背热二律。结论：

永动机在现在物理成立的条件下是无法存在的。但是想要制造永动机就只能寄希望于热力学第一定律和热力学第二定律的不成立了。或者从开放与孤立下手，强调条件不成立；或者干脆就直接想象，存在某一种未知的机制，在将来的某一天改变热二律成立的条件，乃至于改变热二律本身。

参考文献

[1] 田松，唐丁华.永动机与哥德巴赫猜想.上海：上海科学技术出版社,2003.17~31 [2] 刘玉鑫.大学物理通用教程——热学.北京：北京大学出版社，2002.164~168

第三篇：不可能制成的永动机

不可能制成的永动

机

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姓名：朱守佳学号：1120111438 班号：05611102

摘要：本文根据所学知识简单论述了前人永动机的设计构想及工作原理，并讨论一些有关于热力学第二定律的基本内容；最后根据所学知识讨论一些永动机不可能实现的例子。

永动机的神话

1．一永动机的发展历史

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13世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。轮子中央有一个转动轴，瞻琶边缘安装着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魏恣黪指的方向转动下去，并且带动机器转动。

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。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到：任何机器对外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，机器是无法做功的。这时的一些著名科学家斯台文、意曼斯等都开始认识到了用力学方法不可能制成永动机。

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，有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。

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。

二．对永动机的反驳

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cal（卡），功以erg（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。

1820年代法国工程师卡诺设计了一种工作于两个热源之间的理想热机——卡诺热机，卡诺热机从理论上证明了热机的工作效率与两个热源的温差相关。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。

三．永动机举例

磁力永动机

原本是想用磁力把铁球吸上来，到E处再掉下去，如此往复循环．但是这位好像忽略了一个问题，磁力随着距离的增大按平方减小一铁球根本吸不起来。

水力永动机

第一种的原理是让右边的重物通过一个盛水的容器，重物就会因为浮力而上升．但是想也不可能。因为重物还

要受到～个向下的水的压力．

第二种同为水力永动机．发明他的那位仁兄似乎想用转轮左右的压力差来实现永动。但是这个错的更离谱，因为他每一点的受力均指向圆心，而要是想要他运动起来，就必须有一个沿切线方向的力．

四．永动机的未来顾名思意，永动机就是只可以源源不断的输出而对物体做功的理想机器。而他之所以不能成功是因为对外界做功是会有一定的损耗。我先打个比方，在一个装满水的大桶下打一个小洞，水自然会一点一点的流干。要想让桶中的水量保持原来的水平，解决的办法就是持续的往桶中倒水，给桶中以源源不断的补充水流。这就足问题的关键一建立一个动态平衡!同样，我们如果阻止不了能量的留失，那就让它流!问题的关键在于能量补给。对于一个永动机来说，最好的能量补给就是第一段里说的分子动能。简单点来说，布朗运动就是一个最简单，最单纯的永动机模型。撞击花粉的水分子的确对它做了功，但却有源源不断，毫无衰退之势的动能来补给；而提供着强大的，连续不断动能的，1E是大爆炸遗留下来(或者说转化过来)的分子动能。个体模型做功虽小，但其潜能不可限量。大爆炸的能量不管有多大，总有一个数值。而它对人类来说，确实无限的。多年后，人们也许可以利用上述基本思路制造更为先进的永动机，而这种永动机并不违反能量守恒，及热力学定理，只是把通常被忽略或浪费的能量转化了一下罢了。也许有一天，人们会真正改变“永动机不能制成”的思维定势，而那时人们将真正打开这个不可破解的潘多拉魔盒。

参考文献：

《大科技》2010年第一期

《大学物理上册》芶秉聪胡海云

《永动机——不可破解的潘多拉魔盒》刘煜坤《永动机的神话》李哲明

第四篇：说明永动机是不可能制成的小论文

举例说明永动机是不可能制成的

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

自从永动机从印度开始提出，人们对永动机的追求就从没有停止过。十三世纪的一个叫亨内考的法国人提出如图的永动机这也可以说是最早的永动机。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。但是这个装置的实验结果是只是左右摇摆了几下就停下来了。由杠杆平衡原理可知，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。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。所以就不会永远动下去。

第一类永动机都是依赖能量的无限输出的，但是能量是只能换的，它只能由一种形式转换成另一种形式，而不能凭空产生。像浮力就是人们利用的最多的一种力，但其实系统中总能找到一个点使得力矩平衡的。下图就是一个例子：

水从上往下流的水力，足以带动一个抽水的系统将水再抽回去。问题是，水车产生的功带动抽水机所抽的水，永远少于将水带上去所需要的能量。

而另一个利用浮力的例子：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。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。而利用磁力也是以个好的设想，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。3

第二类永动机

S=klnΩ

结论：

永动机在现在物理成立的条件下是无法存在的。

但是想要制造永动机就只能寄希望于热力学第一定律和热力学第二定律的不成立了。或者从开放与孤立下手，强调条件不成立；或者干脆就直接想象，存在某一种未知的机制，在将来的某一天改变热二律成立的条件，乃至于改变热二律本身。

但科学的进步需要质疑需要颠覆。

第五篇：不可能实现的永动机-中国科学技术大学

不可能实现的永动机

记得上初中的时候曾经看过一本书名叫《趣味物理学》，非常的有趣，在看完了全书之后，我对其中的一个介绍永动机的章节产生了浓厚的兴趣。由于当时还没怎么学过物理，对热力学第一第二定律一无所知，幼稚而又天真的我整天就想设计一台永动机。为此我满怀激情的进行了一系列现在看来极为可笑的设计，结果不用说，根本设计不出一台符合要求的所谓的永动机。后来学了一些物理，知道永动机是无法实现的。但我觉得这也在从另一个方面促进了我对物理学的认识和理解。我也从中感觉到对一些错误命题的深入研究能促进学术本身的向前。纵观物理学的发展乃至整个人类社会的进步又何尝不是如此呢？故此我认为我们没必要回避永动机这个话题。要知道，有些著名命题的提出都和永动机的研究有关，一些著名的物理学家都研究过永动机，还有很多亲自设计过永动机方案。每一种全新概念永动机的提出往往会带来很多新的发现，而每一次对之否定的过程，又会加深人们对物理学某些领域的认识。而人们在追求不耗能的完美装置的同时，又不经意的设计了许多极其精妙的高效机械，带来技术的革新。

说了这么多，我们不妨来看一些历史上经典的而又富有代表性永动机设计。再由此做出一些分析。凭我们目前所学的知识，我想已经足够推翻大师们的“经典”之作了

文艺复兴时期意大利的达·芬奇造了一个永动机装置。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。事实上，由杠杆平衡原理可知，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。

十九世纪发现电、磁等新的自然力，有人又想把它组成最新式永动机。结果也是徒劳的，一无所获。

首先浮力成为考虑的热点。一个著名的浮力永动机设计方案是：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。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。

后来，磁力也曾经扮演过不小的角色。下面的这种磁力“永动机”，是17世纪的英国人约翰·维尔金斯（捷斯特城的主教）设计的。

在小柱上放一个强力的磁铁A。两个斜的木槽M和N叠着倚靠在小柱旁边。上槽M的上端有一个小孔C，下槽N是弯曲的。这位发明家想，如果在上槽上放一个小铁球B，那末由于磁铁A的吸引力，小球会向上滚，可是滚到小孔处，它就要落到下槽N上，一直滚到N槽的下端，然后顺着弯曲处D绕上来，跑到上槽M上。在这里，它又受到磁铁的吸引，重新向上滚，再从小孔里落下去，沿着N槽滚下去，然后再经过弯曲处回到上槽里来，以便重新开始运动。这样，小球就会不停地前后奔走，进行“永恒的运动”。

要指出它的错误也并不难。为什么小球沿着N槽滚到它的下端以后，还会有一种速度，使它能够顺着弯曲处D绕到上面来呢？假如小球只是在重力这一个作用下滚动的，那它是不难顺着弯曲处上升的，因为那时候它是加速地向下滚的。可是这小球是在重力和磁力这两种力的作用下滚着的，并且磁力是这样强，可以强迫小球从位置B上升到C。所以小球沿着N槽滚动的时候不能加速前进，而是要变慢的；即使它能滚到N槽的下端，也无论如何不能积蓄起一种速度，使自己能绕着弯曲处D上升。

此外，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用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。

各种永动机设计方案的失败，制造永动机美好梦想的破灭，对于每一个寻找永动机的人是一个不小的打击。但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪，一些科学家从这一否定的结论中开始思考，提出这样一个问题：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。这方面的思考是能量转化和守恒原理建立的线索之一。德国著名物理学家和生理学家亥姆霍兹就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的

追寻永动机的失败经历，可以给我们两点启示：首先，失败的经历也有积极的科学研究价值，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。

最近又看到有一些人吹嘘永动机的模型。我想针对这些模型运用自己已学的知识作出一些批判。

国内某报声称中国科学院生物物理研究所一位研究员发明的无偏二极管在不需要外加任何能源的条件下，只要环境温度高于负273℃，该器件就能奇迹般地输出直流电流，将是一种取之不尽、完全没有污染的新型能源。据称“无偏二极管”从环境吸收热量后，半导体中的电子能自发形成电流，电流流过负载电阻，电阻发热，热量散发到环境中，通过环境再还给二极管，如此形成循环，二极管便可依靠从环境吸收热量而持续输出能量。该研究员声称他的这项发明是利用所谓“内能”，既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律，不是永动机，而是像自然界中的水-空气循环那样“巧用循环”。其实水-空气循环之所以能够实现，是因为有太阳能补充能量，与该研究员的“巧用循环”并不是一回事。“无偏二极管”是要“从单一室温环境获得能量”，而热力学第二定律已指出，自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，要从单一和均匀的热源(例如海洋、大气层)吸取能量实现循环是不可能的。所以这个“无偏二极管”实际上就是违反热力学第二定律的第二类永动机。

再来看一个更加有趣的例子。

在赤道上建一座40000公里的高塔，若顶上安置个百吨重球，通过长长的齿杆连接到地面，40000公里的高空，完全失重！在横向上塔会迫使重球与地球同步，偏偏纵向上重球却缺乏向心力的约束，因此，重球将被高速甩出去！不仅仅如此，重球升得越高，离心力会越大，它会加速！它会越来越快！于是齿杆就可以带动齿轮，然后是发电机……" 这个方案貌似有理有据，我们暂且不论40000公里的高塔连自己的重量都承受不了。就设计本身而言不违反任何一条定律。设计者仿佛也看到永动时代的到来。但我还是不得不很遗憾的指出，这个设计还是行不通的。我建议这个设计者去看看冰上芭蕾，瞧瞧演员旋转时的展臂动作，他或许就会明白了。首先，要提升长齿杆，就要离心力做功；但离心力做功是以牺牲带动塔一起旋转的地球的动能为代价的。这种动能虽储备颇丰，但毕竟有限！如果他真打算从地

球那儿得到动能，那地球的自转速度就会大大降低，那时我们就不得不面对漫漫的长日与长夜了！

时至今日，仍然还有人在研究设计各种形式的永动机，对此我的态度是设计永动机本身是没有任何意义的，但在研究的过程中有新的发现有新的见解，能推动物理学的进步和发展，这是我们所愿意看到的。至于由此而发明的新技术新成果更是我们所欢迎的。但如果打着制造永动机的幌子招摇撞骗那就实在是让人有点哭笑不得了，在自然科学已经高度发展的今天，有那么多人会相信永动机的存在，这不能不说是一个可悲的事实。

最后我想向老师请教一个关于能量守恒的提法：

是否存在这样的非保守场：某个物体在这个场中沿两个不同的闭合曲线回到出发点，该场作用力对它所做的功不同（也就是说可以不为零）。正因为可以不为零，所以就可以出现往外不停输出能量的机械和不停吸进能量的机械。在这样的非保守场中，是否存在第一类永动机？比如某个物体逆时针转，则可以源源不断地产生能量；如果顺时针转则能量被源源不断地吸走。

我知道这个提法肯定是错误的，请您批评指教。

(物理一班查毅勇 PB04203121)