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永动机为何不可能造出来

  美国商务部专利与商标局有一项禁令,不可以授予永动机类申请以专利证书,这项禁令是在102年前就开始的。事实上,很多国家都有类似的禁令,或在专利机构,或在科学主管机构,比如法国科学院早在1775年就宣布不再刊登永动机的通讯论文。

  为什么科学界会认定,永动机不可能造出来呢?

  很久以前就有人对永动机感兴趣,甚至连达·芬奇都做过类似的工具。在中世纪,由于没有煤炭、石油等现代燃料可供应用,人们设计的永动机大多是个纯机械工具,比如在一个转轮上设计不同长度的悬臂,想让转轮一直转下去,结果所有的工具最终都以失败而告终。

  之所以中世纪的人们会相信一个机械可以不靠外部能量和力量永久转下去,是因为当时热力学第一定律尚未形成。在19世纪初,很多科学家都相信风靡一时的“热质说”,即把热认为是一种物质,然而,“热质说”却无法解决很多热力学中的关键性问题。

  通过一系列的实验,英国物理学家焦耳最终证实了能量守恒定律,即今天人们所说的热力学第一定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其他物体,而能量的总量保持不变。

  在能量守恒定律下,机器不可能不靠任何能量来转动,而能量不可能凭空产生,不消耗能量的永动机,自然不可能存在。而通过机械精巧设计,想让机械能实现守恒,在地球上也是不可能实现的,因为机械运动时会有摩擦,一部分机械能会转化为内能,所以达·芬奇的永动机不可能实现。人们将这一类永动机称为第一类永动机,为什么叫“第一类”呢?因为还有第二类。

  第二类永动机看似是符合能量守恒定律的,有人设想,既然大自然中那么多能源,要知道,就连空气中都是有氧元素的,可不可以实现将能源全部转化,即制造出从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响的热机。事实上,后来人们想出来的大部分永动机,就是这种“第二类永动机”。

  第二类永动机违背了热力学第二定律,这一定律有很多表述方式,其补充了能量守恒定律,即能量转化是有方向性的。德国物理学家的克劳修斯表述为“热量不能自发地从低温物体转移到高温物体”,英国物理学家开尔文表述则是“不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响”。简单来说,大海里有的是氢元素和氧元素,但是想完全将其转化为能量为人类所用是不可能的。换言之,内能不可能在没有任何损耗的情况下,全部变为机械能。

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