永動機是什麽
在壹永久磁鐵的上面有壹電磁線圈，那麽電磁線圈用定量的功所產生的勢能與永久磁鐵的磁力大小成正比。永動機是指違反熱力學基本定律的不能實現的發動機。不消耗能量而能永遠對外做功的機器，它違反了熱力學第壹定律，故稱為“第壹類永動機”。在沒有溫度差的情況下，從自然界中的海水或空氣中不斷吸取熱量而使之連續地轉變為機械能的機器，它違反了熱力學第二定律，故稱為“第二類永動機”。永動機這個名詞不是很恰當。如飛輪之類，壹旦開始運動，若無摩擦阻力作用，是可以永久繼續運動下去的，這在實際上雖然不易實現，但是在道理上說得通，可以看作壹種實際的極限情況。所謂永動機並不是指這種情況，不是試圖去保持永恒的運動，而是期望在沒有外界能源供給，即不消耗任何燃料和動力的情況下，源源不斷地得到有用的功。如果這種永動機真的能夠制成，那麽就可以不使用任何自然能源無中生有地得到無限多的動力。在人們還沒有掌握自然的基本規律時，這種想法曾經引誘許多有傑出創造才能的人，他們付出了大量的智慧和勞動，追求這種夢想的實現。但是，沒有任何壹部永動機被實際地制造出來，也沒有任何壹個永動機的設計方案能受住科學的審查。
永動機不可能存在的原因
根據宇宙法則，宇宙中和地球上任何物質都要經過產生到消亡的過程，都要以外部力量作為條件來完成自身的改造，比如說 人類需要進食 等等這些很自然的事情。宇宙中的任何物質都會消亡，只是時間長短的問題。而永動機違背了這壹法則，所以違背法則公式的物質是不可能存在。人類的發明只是試用了法則公式而已，人類自己感覺不出來，但是我們發現人類所“發明”的東西是自然界已經存在的現象，只是人類用公式+勞動來將其解鎖。所以，我們不能違背宇宙法則，我們只能遵循它。
永動機的夢想
永動機的想法起源於印度，公元1200年前後，這種思想從印度傳到了伊斯蘭教世界，並從這裏傳到了西方。在歐洲，早期最著名的壹個永動機設計方案是十三世紀時壹個叫亨內考的法國人提出來的。如圖所示：輪子中央有壹個轉動軸，輪子邊緣安裝著12個可活動的短桿，每個短桿的壹端裝有壹個鐵球。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地沿著箭頭所指的方向轉動下去，並且帶動機器轉動。這個設計被不少人以不同的形式復制出來，但從未實現不停息的轉動。仔細分析壹下就會發現，雖然右邊每個球產生的力矩大，但是球的個數少，左邊每個球產生的力矩雖小，但是球的個數多。於是，輪子不會持續轉動下去而對外做功，只會擺動幾下，便停在右圖中所畫的位置上。後來，文藝復興時期意大利的達·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了壹個類似的裝置，他設計時認為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠些，在兩邊不均衡的作用下會使輪子沿箭頭方向轉動不息，但實驗結果卻是否定的。達·芬奇敏銳地由此得出結論：永動機是不可能實現的。事實上，由杠桿平衡原理可知，上面兩個設計中，右邊每個重物施加於輪子的旋轉作用雖然較大，但是重物的個數卻較少。精確的計算可以證明，總會有壹個適當的位置，使左右兩側重物施加於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。 流水的落差可以推動水輪機對外提供動力，能否用流水來設計永動機呢？16世紀70年代，意大利的壹位機械師斯特爾又提出了壹個永動機的設計方案。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，通過壹組齒輪帶動螺旋汲水器，把蓄水池裏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，並有效地對外做功。實際上，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。浮力也是設計永動機的壹個好幫手。是壹個著名的浮力永動機設計方案。壹連串的球，繞在上下兩個輪子上，可以像鏈條那樣轉動。右邊的壹些球放在壹個盛滿水的容器裏。設計者認為，右邊如果沒有那個盛水的容器，左右兩邊的球數相等，鏈條是會平衡的。但是，現在右邊這些球浸在水裏，受到了水的浮力，就會被水推著向上移動，也就帶動整串球繞上下兩個輪子轉動。上面有壹個球露出水面。下面就有壹個球穿過容器底，補充進來。 這樣的永動機也沒有制成，是不是因為要下面的球能夠通過容器底，而又不能讓水漏出來，制造起來技術上有困難呢？技術上的困難並不是主要問題，主要問題還是出在設計的原理上。當下面的球穿過容器底的時候，它和容器底壹樣，要承受上面水的壓力，而且是因為在水的最下部，所以它受到的壓力很大。這個向下的壓力，就會抵消上面幾個球所受的浮力，這個水動機也就無法永動了。 此外，人們還提出過利用輪子的慣性，細管子的毛細作用，電磁力等獲得有效動力的種種永動機設計方案，但都無壹例外地失敗了。其實，在所有的永動機設計中，我們總可以找出壹個平衡位置來，在這個位置上，各個力恰好下互抵消掉，不再有任何推動力使它運動。所有永動機必然會在這個平衡位置上靜止下來，變成不動機。 從哥特時代起，這類設計方案越來越多。17世紀和18世紀時期，人們又提出過各種永動機設計方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用輪子的慣性、水的浮力或毛細作用的，也有利用同性磁極之間排斥作用的。宮廷裏聚集了形形色色的企圖以這種虛幻的發明來掙錢的方案設計師。有學識的和無學識的人都相信永動機是可能的。這壹任務像海市蜃樓壹樣吸引著研究者們，但是，所有這些方案都無壹例外的以失敗告終。他們長年累月地在原地打轉，創造不出任何成果。通過不斷的實踐和嘗試，人們逐漸認識到：任何機器對外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，機器是無法做功的。這時的壹些著名科學家斯臺文、惠更斯等都開始認識到了用力學方法不可能制成永動機。
永動機夢想的破滅
19世紀中葉，壹系列科學工作者為正確認識熱功能轉化和其它物質運動形式相互轉化關系做出了巨大貢獻，不久後偉大的能量守恒和轉化定律被發現了。人們認識到：自然界的壹切物質都具有能量，能量有各種不同的形式，可從壹種形式轉化為另壹種形式，從壹個物體傳遞給另壹個物體，在轉化和傳遞的過程中能量的總和保持不變。能量守恒的轉化定律為辯證唯物主義提供了更精確、更豐富的科學基礎。有力地打擊了那些認為物質運動可以隨意創造和消滅的唯心主義觀點，它使永動機幻夢被徹底的打破了。在制造第壹類永動機的壹切嘗試失敗之後，壹些人又夢想著制造另壹種永動機，希望它不違反熱力學第壹定律，而且既經濟又方便。比如，這種熱機可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之完全變為機械功。由於海洋和大氣的能量是取之不盡的，因而這種熱機可永不停息地運轉做功，也是壹種永動機。然而，在大量實踐經驗的基礎上，英國物理學家開爾文於1851年提出了壹條新的普遍原理：物質不可能從單壹的熱源吸取熱量，使之完全變為有用的功而不產生其它影響。這樣，第二類永動機的想法也破產了。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壹壹失敗了。1775的，法國科學院宣布"本科學院以後不再審查有關永動機的壹切設計"。這說明在當時科學界，已經從長期所積累的經驗中，認識到制造永動機的企圖是沒有成功的希望的。 永動機的想法在人類歷史上持續了幾百年，這個神話的被駁倒，不僅有利於人們正確的認識科學，也有利於人們正確的認識世界。能量既不能憑空產生 也不能憑空消失 只能從壹種形式轉化成另壹種形式 或者從壹個物體轉移到另壹個物體 在轉化和轉移過程中 能量的總和不變 這就是能量守恒定律了 所以第壹類永動機是不能做出來的。而能量的轉化和轉移是有方向的，就像熱量可以自發的由熱的物體轉移到冷的物體 但不能自發的由冷的物體轉移到熱的物體 而不引起其他的變化 所以第二類永動機也是不能做出來的。
歷史上有不少人企圖設計壹種機器，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。雖然經過許多人的辛勞，但事實證明他們無壹例外地都歸於失敗。 永動機是壹種幻想，永遠不可能成功，因為它違反了自然界最普遍的壹個規律，這就是能量轉化與守恒定律。 著名科學家達·芬奇早在15世紀就提出過永動機不可能的思想，他曾設計過壹種轉輪，如圖所示，在轉輪邊沿安裝壹系列的容器，容器中充了壹些水銀，他想水銀在容器中移動有可能使轉輪永遠地轉動，但是經過仔細研究之後，得出了否定的結論。他從許多類似的設計方案中認識到永動機的嘗試是註定要失敗的。他寫道：“永恒運動的幻想家們！妳們的探索何等徒勞無功！還是去做淘金者吧！” 然而，15世紀以後的好幾百年裏面，制造永動機的活動卻從未停止過。例如： 17世紀，英國有壹個被關在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人，他做了壹臺可以轉動的“永動機”，如圖所示。轉輪直徑達4．3米，有40個各重23千克的鋼球沿轉輪輻翼外側運動，使力矩加大，待轉到高處時，鋼球會自動地滾向中心。據說，他曾向英國國王查理壹世表演過這壹裝置。國王看了很是高興，就特赦了他。其實這臺機器是靠慣性來維持短時運動的。 軟臂永動機 19世紀有人設計了壹種特殊機構，如圖所示。它的臂可以彎曲。臂上有槽，小球沿凹槽滾向伸長的臂端，使力矩增大。轉到另壹側，軟臂開始彎曲，向軸心靠攏。設計者認為這樣可以使機器獲得轉矩。然而，他沒有想到力臂雖然縮短了，阻力卻增大了，轉輪只能停止在原地。 阿基米得螺旋永動機 1681年，英國有壹位著名的醫生弗拉德提出壹個建議，利用阿基米得螺旋（如圖）把水池的水提到高處，再讓升高的水推動水輪機，水輪機除了帶動水磨做功以外，還可使阿基米得螺旋轉不斷提水，如此周而復始，不就可以無需擔心天旱水枯了嗎？壹時間，響應他的人大有人在，形形色色的自動水輪機陸續提出，竟出現了熱潮。 磁力永動機 大約在1570年，意大利有壹位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實現永動機。 他的設計如圖所示，A是壹個磁石，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，經曲面BFC返回，復又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續運動下去。大概他那時還沒有建立庫侖定律，不知道磁力大小是與距離的平方成反比變化的，只要認真想壹想，其荒謬處就壹目了然了。 類似的例子還有許多，這裏就不詳細描述了。我們只要列舉壹些名稱，就足以說明這類徒勞無益的活動是如何廣泛、誘人。例如：表面張力永動機、浮力永動機、永磁永動機、自動車、自動洗衣機，等等。 就在壹些人熱衷於制造永動機的同時，科學家們從力學基本理論的研究中逐步認識到了自然界的客觀規律性。繼達·芬奇之後，斯蒂文於1568年寫了壹本《靜力學基礎》，其中討論斜面上力的分解問題時，明確地提出了永動機不可能實現的觀點。他所用的插圖畫在該書扉頁上，見圖，圖的上方寫著：“神奇其實並不神奇。”將14個等重的小球均勻地用線穿起組成首尾相連的球鏈，放在斜面上，他認為鏈的“運動沒有盡頭是荒謬的”，所以兩側應平衡。 1775年，法國科學家鄭重通過了壹項決議，拒絕審理永動機。在《法國科學院的歷史》壹書中有如下記載： “這壹年科學院通過決議，決定拒絕審理有關下列問題的解答：倍立方，三等分角，求與圓等面積的正方形，以及表現永恒運動的任何機器。” 並且解釋說： “永動機的建造是絕對不可能的，即使中間的摩擦和阻力不致最終破壞原來的動力，這個動力也不能產生等於原因的效果；再如設想動力可以連續起作用，其效果在壹定時間之內也會是無限小。如果摩擦和阻力減小，初始的運動往往得以繼續，但它不能與其他物體作用，在這種假設（自然界不可能存在）中，惟壹可能的永恒運動對實現永動機建造者的目的將毫無用處。這些研究的缺點是費用極度昂貴，不止毀了壹個家庭，本來可以為公眾提供大量服務的技師們，往往為此浪費了他們的工具、時間和聰明才智。” 然而，就是在法國科學院如此明確的警告之下，創造永動機的各種活動仍然未見收斂。19世紀中葉，能量守恒定律已經確立。1861年，英國有壹位工程師德爾克斯收集了大量資料，寫成壹本名為《17、18世紀的永動機》的書，告誡人們，切勿妄想從永恒運動的賜予中獲取名聲和好運。 可是，德爾克斯這部“警世恒言”卻未能阻止永動機的繼續泛濫。 19世紀末美國賓州有人想用磁鐵代替鐘擺的錘，企圖用磁力做功代替發條，認為有可能無需發條而能自動維持擺動，結果是徒勞壹場毫無成果。 進入20世紀，更加復雜的、似是而非的種種設計不斷被提了出來。例如有人想“發明”自動車，有人“創造”自動洗衣機，有人想利用水中的“分子吸引力”制造“自動”泵，有人想單純靠永久磁鐵做成發電機，特別是在“能源危機”的刺激下，這類活動竟有增無減，層出不窮。 另壹類永動機也常被人提出而且還很迷惑人。如19世紀80年代，美國華盛頓地區有壹位發明家甘姆埃，設計了壹種零度發動機（Zeromotor），用液態氨做工作物質，從周圍環境中吸取熱量，氨由液態變為氣態，在0℃時產生4個大氣壓的壓強，可以推動活塞做功，似乎這樣就可以不需使用燃料。他還進壹步解釋說，氨氣在驅動活塞後因膨脹而冷卻，又會自動凝結於容器，於是就可循環地工作下去。1881年他的設計居然得到美國海軍總工程師的支持，受到官方贊揚，甚至當時的美國總統也極有興趣地觀看了設計模型。他們也許認為，如果這種發動機真的成功，美國艦隊就不需要加煤站，從汪洋大海中就可以取得無窮無盡的熱能了。然而，只要科學地分析壹下，就會發現甘姆埃的設計是屬於單熱源的熱機，它違反了熱力學第二定律，這就是不可能實現的第二類永動機。 如果說永動機的“發明”對人類有點益處的話，那就是人們可以從中吸取教訓：壹切違背能量轉化與守恒定律等自然規律的“創造”都是註定要失敗的。
讀了這些發明永動機的故事，大家有什麽感想？科學規律不容違反，違反了就要碰壁，大家千萬不要做那種徒勞無功的事啊！ 科學技術的發展應該用在如何盡量減少不必要的能量損耗，而不是去研制永遠不能實現的永動機。
永動機的啟示
各種永動機設計方案的失敗，制造永動機美好夢想的破滅，對於每壹個尋找永動機的人是壹個不小的打擊。但是，反思這壹失敗的探索過程，它從反面給人類以啟迪，壹些科學家從這壹否定的結論中開始思考，提出這樣壹個問題：永動機不可能制成，是不是說明自然界存在著壹條法則，它使我們不可能無中生有地獲得能量？也就是說自然界各種能量之間存在著壹定的轉化關系。這方面的思考是能量轉化和守恒原理建立的線索之壹。德國著名物理學家和生理學家亥姆霍茲（H. Helmholtz，1821-1894）就是從永動機不可能實現的這個事實入手研究發現能量轉化和守恒原理的。他在論文中寫道：“鑒於前人試驗的失敗，人們不再詢問我如何能利用各種自然力之間已知和未知的關系來創造壹種永恒的運動，而是問道如果永恒的運動是不可能的，在各種自然力之間應該存在著什麽樣的關系？” 19世紀中葉，能量轉化和守恒原理得到了科學界的普遍承認。這壹原理指出：自然界的壹切物質都具有能量，對應於不同的運動形式，能量也有不同的形式，如機械運動的動能和勢能，熱運動的內能，電磁運動的電磁能，化學運動的化學能等，他們分別以各種運動形式特定的狀態參量來表示。當運動形式發生變化或運動量發生轉移時，能量也從壹種形式轉化為另壹種形式，從壹個系統傳遞給另壹個系統；在轉化和傳遞中總能量始終不變。 還有另外壹種非常美妙的幻想，它並不違反能量轉化和守恒原理。假如能把空氣或海水裏的熱能，通過壹種巧妙的機器，全部轉化成我們所需要的機械功，這可以成為取之不盡、用之不竭的能源。發明這種機器的想法，比起前面要憑空產生能量的想法聰明得多了。如果這種機器真能發明的話，還有另壹好處，壹方面我們可以把壹種東西裏面的熱能取出來做功，同時還會使這種東西的溫度降低。這樣，我們可以在海洋上設置壹些巨大的工廠，利用海水裏的熱能，來進行各種不同的工作，比如利用它來發電，壹只輪船可以利用海水中的熱量，不必燒煤或燒油，就能到世界各地去航行，這豈非美事！這可稱作第二種永動機，也是不可能實現的，因為它和熱力學第二定律相違背。 熱力學第二定律是由無數次實踐證明了的客觀規律。它可以表述為：“從單壹熱源吸取熱量使之完全變為有用的功而不產生其他影響是不可能的。”這也就是說，熱機不可能有100%的效率，它要在把從高溫熱源吸收的壹部分熱量變為有用功的同時，把另壹部分熱量放到低溫熱源。 追尋永動機的失敗經歷，可以給我們兩點啟示：首先，失敗的經歷也有積極的科學研究價值，永動機的種種設計方案的失敗，引起了人們的反思，啟發了能量轉化和守恒的思想，成為能量轉化和守恒原理建立的思考線索之壹；其次，要依據科學規律辦事。歷史上追求永動機的人們，並不是因為他們沒有壹種良好的願望，也不是他們缺乏刻苦鉆研的精神，只是由於他們做的是違背客觀規律的工作。在人們還沒有認識能量傳遞和轉化的規律之前，對那些尋求永動機的努力遭到的失敗，我們只能感到遺憾，但是，如果在今天還有人去設計永動機，那他就是愚蠢的，是違反科學規律的，也是永遠不會成功的。 人類利用自然,必須遵守自然規律,而不是去研制永遠不能實現的永動機。
永動機騙局
歷史上曾經無數人癡迷於永動機的設計和制造，在熱力學體系建立之前，這些人中即有科學家，也有希望借此成名發財的投機者，而熱力學體系建立後，致力於永動機設計的除了希望打破現有科學體系的“民間科學家”外，更多的則是壹些借永動機之名牟取錢財的騙子。歷史上著名的永動機騙局有：△自動輪騙局：1714年，德國人奧爾菲留斯聲稱發明了壹部名為自動輪的永動機，這部機器每分鐘旋轉六十轉，並能夠將16公斤的物體提高相當的高度，當他宣布了這壹消息並進行了公開實驗後，名噪整個德國。1717年壹位來自波蘭的州長在驗看了安放自動輪的房間後，派軍隊把守這座房屋，40天他發現自動輪仍在轉動，便給奧爾菲留斯頒發了鑒定證書。奧爾菲留斯靠展出自動輪獲取了大量金錢，俄國沙皇彼得壹世甚至與他達成價值10萬盧布的購買協議。最終由於奧爾菲留斯的太太與女仆發生爭執，女仆憤而曝光，原來自動輪是依靠隱藏在房間夾壁墻中的女仆牽動纜繩運轉的，整個事件是壹個騙局。 △王洪成騙局：中國哈爾濱人王洪成曾在1984年提出壹個永動機方案，他利用他設計的永動機驅動自家的洗衣機、電扇等裝置運轉，不久騙局被揭穿，他制作的永動機模型是用隱藏的鈕扣電池驅動的壹個電動馬達，而供應洗衣機、電扇運轉的則是暗藏在地下的電線。1998年，王洪成的另壹個騙局“水變油”被揭穿，他本人也因此入獄。 另外在1980年代的巴黎博覽會上，曾展出過壹種“永動機裝置”：這個裝置是壹個不停轉動的大輪子，參觀博覽會的觀眾對這架永動機非常好奇，紛紛逆旋轉方向推動輪盤，以期阻止輪子的轉動。這個永動裝置的設計者正是利用了觀眾的好奇心，讓他們向後轉動輪盤的動作為永動機上緊發條，維持裝置的運轉。此外，前國民黨軍隊第12兵團司令官黃維，1948年在國***內戰的徐蚌會戰被俘之後，送至功德林戰犯管理所接受“改造”，至1975年釋放期間，他不顧眾人異議，在所內潛心研制永動機，十分有名。最後當然仍以失敗告終。永動機的原理。永動機磁力就是力。做壹個實驗。在壹根棍子的兩端各裝壹塊磁鐵。把棍子裝在壹架子上，讓棍子可以轉起來。然後在磁鐵的下面裝磁鐵，左邊的讓磁鐵向上運行，右邊的讓磁鐵向下運行。我們可設計磁極來實現這壹運動。
讀了這些發明永動機的故事，大家有什麽感想？科學規律不容違反，違反了就要碰壁，大家千萬不要做那種徒勞無功的事啊！ 科學技術的發展應該用在如何盡量減少不必要的能量損耗，而不是去研制永遠不能實現的永動機。
第壹類永動機
歷史上有不少人有過這樣美好的願望：制造壹種不需要動力的機器，它可以源源不斷的對外界做功，這樣可以無中生有的創造出巨大的財富來，在科學歷史上從沒有過永動機成功過，能量守恒定律的發現，使人們認識到：任何壹部機器，只能使能量從壹種形式轉化為另壹種形式，而不能無中生有的制造能量。因此根本不能制造永動機。它違背熱力學第壹定律：物體內能的增加等於物體從外界吸收的熱量與物體對外界所做功的總和。
第二類永動機
曾經有人設計壹類機器，希望它從高溫熱庫（例如鍋爐）吸取熱量後全部用來做功，不向低溫熱庫排出熱量。這種機器的效率不是可以達到100%了嗎？這種機器不違背能量守恒定律，但是都沒有成功。人們吧這種只從單壹熱庫吸熱，同時不間斷的做功的永動機叫第二類永動機。這種永動機不可能制成，是因為機械能與內能的轉化具有方向性：機械能可以轉化內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，而不引起其它變化。