永動機發(fā)展歷程

關于永動機發(fā)展歷程前言第一類永動機第二類永動機啟示第2頁,共18頁，2024年2月25日，星期天前言

動力是人類發(fā)展歷史上不可忽視的重要角色。動力的發(fā)展推動者人類文明的發(fā)展，動力的每次改革都會對人類產生巨大影響；人類對動力一直在進行著孜孜不倦的追求，對動力的探索在曲折中不斷前進。那么，我們在此期間走過那些彎路呢？下面我們來看看我們的前輩們設計的較為典型的幾種“永動機”吧。第3頁,共18頁，2024年2月25日，星期天第一類永動機

歷史上有不少人企圖設計一種機器，它不消耗能量，卻可以不停息地轉動甚至源源不斷地對外做功，這就是人們所說的永動機。雖然經(jīng)過許多人的辛勞，但事實證明他們無一例外地都歸于失敗。這類永動機是一種幻想，永遠不可能成功，因為它違反了自然界最普遍的一個規(guī)律，這就是能量轉化與守恒定律。第4頁,共18頁，2024年2月25日，星期天亨內考永動機

達芬奇之滾珠永動機泰斯尼爾斯之磁石永動機

斯特爾之流水落差永動機浮力永動機

第一類永動機的發(fā)展案例第5頁,共18頁，2024年2月25日，星期天亨內考永動機在歐洲，早期最著名的一個永動機設計方案是十三世紀時一個叫亨內考的法國人提出來的。如圖所示：輪子中央有一個轉動軸，輪子邊緣安裝著個可活動的短桿，每個短桿的一端裝有一個鐵球。方案的設計者認為，右邊的球比左邊的球離軸遠些，因此，右邊的球產生的轉動力矩要比左邊的球產生的轉動力矩大。這樣輪子就會永無休止的沿著順時針的方向轉。雖然右邊每個球產生的力矩大，但是球的個數(shù)少，只有四個，左邊每個球產生的力矩雖小，但是球的個數(shù)卻有八個之多。于是輪子不會持續(xù)轉動下去而對外做功，只會擺動幾下，便停在圖中所畫的位置上。圖1亨內考永動機第6頁,共18頁，2024年2月25日，星期天滾珠永動機文藝復興時期意大利的達·芬奇設計上如圖所示的裝置。他設計時認為，利用格板的特殊形狀,使右邊的重球滾到比左邊的重球離輪心更遠些的地方。本以為在兩邊重球不均衡的作用下會使輪子沿箭頭方向轉動不息，但結果卻是否定的。達·芬奇敏銳地由此得出結論：永動機是不可能實現(xiàn)的。達·芬奇勸告永動機的設計者們:“永恒運動的幻想家們！你們的探索是何等徒勞無功,還是去作淘金者吧！”由杠桿平衡原理可知，右邊每個重物施加于輪子的旋轉作用雖然較大，但是重物的個數(shù)卻較少。精確的計算可以證明，總會有一個適當?shù)奈恢?，使左右兩側重物施加于輪子的相反方向的旋轉作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使輪子達到平衡而靜止下來。如果沒有摩擦力和空氣阻力，且忽略碰撞中的能量損耗，給輪子一個初速度，輪子就能依靠慣性永不停息地轉動。圖2滾珠永動機第7頁,共18頁，2024年2月25日，星期天磁力永動機1570年，意大利的泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實現(xiàn)永動機。A是一個磁石，鐵球C受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運動下去。大概他那時還沒有建立庫倫定律，他不知道磁力的大小是與距離的平方成反比變化的，當然他也不知道能量守恒定律。

圖3磁力永動機第8頁,共18頁，2024年2月25日，星期天流水落差永動機16世紀70年代，意大利的一位機械師斯特爾又提出了一個永動機的設計方案，如圖所示。他在設計時認為，由上面水槽流出的水，沖擊水輪轉動，水輪在帶動水磨轉動的同時，通過一組齒輪帶動螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整個裝置可以這樣不停地運轉下去，并有效地對外做功。實際上，高處水槽中水的勢能轉化為兩部分：一部分帶動水磨轉動或克服砂輪摩擦做功；

另一部分轉化為螺旋汲水器或抽水機的功,這部分功又轉化為水的勢能。根據(jù)能量轉化和守恒定律,流回水槽的水越來越少，很快水槽中的水就全部流進了下面的蓄水池，水輪機也就停止了轉動。因此，這樣的永動機也是不可能永遠運動下去的。圖4流水落差永動機第9頁,共18頁，2024年2月25日，星期天浮力永動機有人設計了如圖所示的“浮力永動機”。永動機的傳動繩上均勻地固定了許多密度小于水的小球，容器底部的管道內徑與小球直徑相等，并為光滑配合。設計者認為，左邊容器里的小球受到浮力的作用向上運動，管道中的小球也將被帶著向上運動，一旦這個小球要升出管道，其下的一個小球就會進入管道而不使水漏出，因此永動機將永不休止地順時針轉動。這類永動機也沒有制成，是不是因為要下面的小球通過容器底部而不漏水有制造技術上的困難呢？技術上的問題并不是主要問題，主要問題還是在原理上，當下面的球穿過容器底的時候，它和容器底一樣，要承受上面水的壓力，會抵消上面球所受浮力，這個永動機就無法制成了。圖5浮力永動機第10頁,共18頁，2024年2月25日，星期天第二類永動機在熱力學第一定律問世后，人們認識到能量是不能被憑空制造出來的，只能從一種形式轉移到另外一種形式，于是有人提出，設計一類裝置，從海洋、大氣乃至宇宙中吸取熱能，并將這些熱能作為驅動永動機轉動和功輸出的源頭，這就是第二類永動機第11頁,共18頁，2024年2月25日，星期天第二類永動機 歷史上首個成型的第二類永動機模型是1881年美國人約翰·嘎姆吉為美國海軍設計的零發(fā)動機，這一裝置利用海水的熱量將液氨汽化，推動機械運轉。但是這一裝置無法持續(xù)運轉，因為汽化后的液氨在沒有低溫熱源存在的條件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。

英國科學家焦耳也曾被永動機這一“奇妙”的發(fā)明所吸引，并為此做了一二十年的實驗，但最后他留給后世的并不是永動機，而是證明永動機不可能的“熱功當量定律”，這應該算是研究永動機得到的意外收獲。第12頁,共18頁，2024年2月25日，星期天熱二律有很多種表述，有一個直接針對第二永動機的表述是這樣說的：“不可能從單一熱源吸熱作功，而不對環(huán)境造成影響?！钡诙崃W定律的定義：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響。第13頁,共18頁，2024年2月25日，星期天

從單一熱源轉化為有用功而不產生其他影響；或不可能用無生命的機器把物質的任何部分冷至比周圍最低溫度還低，從而獲得機械功。這就是熱力學第二定律的“開爾文表述”。第14頁,共18頁，2024年2月25日，星期天物理學給出了一個熵增加原理，消滅了第二類永動機的可能性。熵增加原理說：“能量的轉化是有方向的！”這個原理就是熱力學的第二個定律。還有一個直接針對第二永動機的表述是這樣說的：“不可能從單一熱源吸熱作功，而不對環(huán)境造成影響?！钡?5頁,共18頁，2024年2月25日，星期天層出不窮的永動機設計方案，都在科學的嚴格審查和實踐的無情檢驗下一一失敗了，前輩們貌似犯了很多我們現(xiàn)在看起來很簡單錯誤，在我們現(xiàn)在看來可能感覺很好笑，但在當時都是科學研究的前沿，是當時最先進的科技?？茖W研究要有理論作支撐。古人們對于永動機研究失敗不是他們缺乏刻苦鉆研的精神而是他們當時不知道能量守恒定律，熱力學第二定律，熵值增加原理等。啟示第16頁,共18頁，2024年2月25日，星期天今天的我們有機會捧起書本學習的東西都是