形形色色的永動機

形形色色的永動機

自古以來,人類通過安裝在河流上的水車利用水力抽水或者推動磨子磨粉。有人設想:「如果用水車運轉抽上來的水再來推動水車,這樣不需要河流,水車不也能永遠運轉下去了嗎?」(下圖)。這個設想如果做到,自己提供動力源(水)獨自不停運轉的夢幻裝置(水車)就誕生了。

形形色色的永動機

用自己送到高處的水推動自己不斷運轉下去的「永動水車」
這是17世紀人們研制的一例永動水車。德國的一名技師貝可勒爾在他的書中有介紹,水車(圖中的H),通過齒輪推動右邊的磨(M)碾谷。同時,推動左面的裝置(Q)把水送到高處。目的是被送到高處的水再次推動水車。人們設想,這樣的話,水車就能夠自發的運轉下去。

像這個水車那樣,無需外力、無需提供燃料而能自發地不停運轉的裝置,稱為「永動機」。 在16世紀後半葉,以歐洲為中心,研究永動機曾經風靡一時。但現實是殘酷的,沒有一例獲得成功。

波義耳永動機
一些著名的科學家也進行過永動機的研制。以提出波義耳定律(描述氣體的體積和壓力之間的關係)而聞名的英國化學家羅伯特·波義耳(Robert Boyle,1627~1691),研制了利用毛細現象的「波義耳永動機」(見下圖)。

形形色色的永動機

波義耳永動機
毛細現象,是因為水的表面張力,水面會沿著容器壁上升。因此,在這個永動機中,水會被細玻璃管吸上來。然而,水會循環嗎?不會,水不會離開容器壁而連續從管內流出。

圓盤+鐵球=永動機?
如下圖,放在當中的鐵球能夠產生使圓盤順時針旋轉的力矩。有人認為,只要沿著順時針方向推它下,圓盤就會一直旋轉下去。

形形色色的永動機

然而,內部小球逆時針的力矩和順時針的力矩,整體是平衡的。因此,只要推他的手一離開圓盤,它就停止旋轉了。

磁鐵小球永動機
如下圖,受磁鐵吸引的鐵球爬上軌道,再從洞中落下。它能夠再次爬上軌道、重復運動嗎?

形形色色的永動機

實際上,如果磁鐵很強,鐵球會被直接吸到磁鐵上,或者直接掉入洞裡之後停在軌道上某個磁力和下滑力相平衡的位置。如果磁鐵較弱,鐵球大概爬不上軌道。

浮力永動機
如下圖。串在一起的浮子,只有右邊的浮子受到浮力,它們是否能夠不停地逆時針轉動?

形形色色的永動機

為了把浮子壓入水槽的底部,需要有比它在水槽底部受到的水壓更大的力(假定不考慮底部會漏水)。水槽中的浮子受到的浮力(使裝置逆時針旋轉的力),不會比它受到的水壓大。

以上是人們研制的各種各樣的永動機的例子。不管利用重力、毛細現象、磁力還是浮力作為動力源,都以失敗告終。

科學造詣很深的文藝復興時期的畫家列昂納多·達·芬奇(1452~1519)也畫有永動機的草圖,但是,他得出的結論是,「這樣的裝置是不可能的」。

形形色色的永動機

永動機對外做功,就是把自己的能量傳遞給外部,相當於自己能夠產生能量、並把能量不斷提供給外部。這明顯違反了能量既不增加也不減少的能量守恒定律。在能量概念確立之前,就像河水推動水車一樣,人們的主流認識是認為自然界的萬物都是能夠自發運動的。所以人們就設想自然也一定會產生一種能量為人們利用,其產物就是對永動機的研究。

能量守恒定律的出現,否定了之前所有的那些自發產生能量的永動機。違反「能量守恒定律」(熱力學第一定律)的永動機,稱為「第一類永動機」。上述的這些永動機,都是第一類永動機。

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