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永动机人类设计的永动机,最后那个是真的“永动”!

2020-11-17 03:39:06【足球新闻】人次阅读

摘要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。历史上人们曾经热衷于研制各种类型的永动机,其中包括达芬奇

永动机人类设计的永动机,最后那个是真的“永动”!图

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。

历史上人们曾经热衷于研制各种类型的永动机,其中包括达芬奇、焦耳这样的学术大师。在热力学体系建立后,学界认定永动机相悖于热力学基本原理的设想,而将之从正统学术界中排除。

然而永动机的研究者始终未曾间断。从一个侧面也可以认为,人类对永动机的热情以及制造永动机的种种实践,推动了热力学体系的建立和机械制造技术的进步。

1775年法国科学院通过决议,宣布永不接受永动机。现在美国专利及商标局严禁将专利证书授予永动机类申请。

不消耗能量而能永远对外做功的机器,它违反了能量守恒定律,故称为"第一类永动机"。

在没有温度差的情况下,从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器,它违反了热力学第二定律,故称为"第二类永动机"。这两类永动机是违反当前客观科学规律的概念,是永远不能够被制造出来的。

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。

▲魔 轮

能量从一种形式转变到另一种形式时,绝对不可能100%转变成这种形式。比如物质之间相互摩擦产生的热能。

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。

▲达芬奇设计的永动机

达·芬奇敏锐地由此得出结论:永动机是不可能实现的。事实上,由杠杆平衡原理可知,上面两个设计中,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。

▲重力作用的永动机

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。

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。

1820年代法国工程师尼古拉·卡诺设计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热机的工作效率与两个热源的温差相关。德国人鲁道夫·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。

▲卡诺热机的示意图

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第二类永动机的无效,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。

▲重力作用的永动机

▲细管子的毛细作用制作的永动机

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关键词:永动机   热力学第二定律   尼古拉·卡诺   达·芬奇

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