浅谈第二类永动机
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概括来说热力学第二定律的表述主要包括两个方面:1热机和热电偶发电。
系统中,利用机械能形成温度差所消耗的能量大于利用此温度差形成的能量转化所产生的能量。
2压缩气体做功。
利用机械能压缩气体所消耗的能量大于做功形成的能量。
热力学第二定律说明的是第一代第二类永动机不能做成功。
总的来说热力学第二定律表明:机械能能压缩气体、形成温度差,此过程熵增加了。
本理论表明:浓度差的形成是不依靠机械能。
热力学第二定律与本理论的区别是:形成做功的条件是否要依靠机械能。
图(1)中,在重力势能转化为机械能时,水的流动产生的浓度差,是不依靠任何能量的。
图(2)中,浓度差的形成是依靠电势能,也不是依靠机械能。
本理论是第二代第二类永动机。
在热力学第二定律基础上,第二代第二类永动机的创新是:不依靠机械能产生温度差、压缩气体。
在用“墙”隔离的两个房间内开一道”弹力门” ,此“门”只充许一个分子通过,A房间有门框,门两边没有把手,只能推门。
熵增的热力学理论只能表明:B房间的几率大的分子更喜欢去推门,A房间有门框,分子推不开门,不能进入到A房间;A房间的几率小的分子偶尔去推门,房间没有门框,分子能推开门,进入到B房间。
再在墙上增加一个通道,B房间的几率大的分子进入到A房间比A房间的几率小的分子进入到B房间多,产生扩散·降温。
这样就能源源不断的得到热能。
它并没有违背熵增的热力学理论。
说明第二代第二类永动机是可能存在的。
分析:图(1)中,溶液的密度大于水的密度,半透膜只允许水通过,根据渗透、反渗透、液体压强和连通器的知识有[-e水 g(h1+h2+h3)+e水gh2+P1+elgh3+(-P2)]=0。
溶液的浓度平衡可知:溶液的浓度处处相等。
有上方半透膜水产生的渗透压与下方半透膜水产生的渗透压大小相等、方向相反。
即P1+(-P2)=0。
有h1=(el- e水)h3/ e水。
再利用水面的高度差h1,做成利用水的重力势能的动力机械有:递增函数f(P1-P2)=h1=[(el- e水)gh3+(P1-P2)]/ e水g,-(el- e水)gh3小于、等于P1-P2小于、等于0。
工程热力学第五章思考题5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立?(1)功量可以转换成热量,但热量不能转换成功量。
答:违反热力学第一定律。
功量可以转换成热量,热量不能自发转换成功量。
热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机,但对于可逆定温过程,所吸收的热量可以全部转换为功量,与此同时自身状态也发生了变化。
从自发过程是单向发生的经验事实出发,补充说明热不能自发转化为功。
(2)自发过程是不可逆的,但非自发过程是可逆的。
答:自发过程是不可逆的,但非自发过程不一定是可逆的。
可逆过程的物理意义是:一个热力过程进行完了以后,如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态,且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态,而不留下任何痕迹,则此过程称为可逆过程。
自发过程是不可逆的,既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。
根据孤立系统熵增原理,可逆过程只是理想化极限的概念。
所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。
(3)从任何具有一定温度的热源取热,都能进行热变功的循环。
答:违反普朗克-开尔文说法。
从具有一定温度的热源取热,才可能进行热变功的循环。
5-2 下列说法是否正确?(1)系统熵增大的过程必须是不可逆过程。
答:系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。
只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。
根据孤立系统熵增原理,非自发过程发生必有自发补偿过程伴随,由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小,总的效果必须使孤立系统上增大或保持。
可逆过程只是理想化极限的概念。
(2)系统熵减小的过程无法进行。
答:系统熵减小的过程可以进行,比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程,系统对外放热,熵减小。
(3)系统熵不变的过程必须是绝热过程。
答:可逆绝热过程就是系统熵不变的过程,但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增,不一定是可逆绝热过程。
(4)系统熵增大的过程必然是吸热过程,它可能是放热过程吗?答:因为反应放热,所以体系的焓一定减小。
但体系的熵不一定增大,因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。
第二类永动机能实现吗——余晓辉论热力学第二定律什么是第二类永动机?从单一热源吸热使之完全变为有用功,而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。
简单地理解,如果实现第二类永动机,那么我们有可能让海洋降低温度而从中获得取之不尽、用之不竭之能量。
与第二类永动机相关的是所谓的热力学第二定律。
克劳修斯认为,不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。
开尔文则认为,不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其它变化。
此二人的表述就是所谓的热力学第二定律。
这个定律看上去很费解,究竟是什么意思呢?其实此二人也不完全懂得该所谓定律的意义,所以论述之含义不清。
让我们来看看究竟什么是热力学第二定律。
在地球的重力系统中,物体从高处降落到低处,会释放重力势能给其他系统。
即物体从一种高势能状态转变到低势能状态时会向其他系统释放势能。
在地球的重力系统中,这种势能是重力势能,重力势能的大小与物体距离地球的位置高低有关。
而在热力学系统中,这种势能是热势能,热势能与物体的温度有关。
高温物体变为低温物体时会释放热势能给其他系统。
但是在传统热力学中,没有引入热势能的概念,从而导致热力学概念认识模糊混乱。
我们现在从热势能的角度看看,热力学第二定律究竟表达了什么样的物理规律?一个热力学系统物体从高温的高热势能状态,转变为低温的低热势能状态,需要通过另外一个低温热力学系统物体经热传导而实现,因为高温的物体本身不能自发实现这样的变化,必须是通过不同物体系统相互作用而实现,没有系统的相互作用,则高温物体保持状态不变,而低温物体不能向高温物体实现热传导,这是因为热势能只能从高温物体向低温物体传导。
这就是所谓的热力学第二定律的内涵。
那么热力学第二定律真的正确吗?表面看似乎很正确,其实是不正确的。
对于单纯的单一热力学系统,热力学第二定律是正确的。
所谓单纯的单一热力学系统,就是这个系统只有热势能。
但是,事实上存在各种复合系统,即一个系统中存在多种不同类型的子系统,譬如说,一个磁石物体,既有热势能,又有磁势能,所以是一个复合系统,这样的一个系统之状态发生变化时,可以不受热力学第二定律之限制,即当磁势能发生变化时,该物体的热势能也可能发生变化,从而使该物体未经热传导而实现升温或者降温变化,在这样的过程中,热势能会与磁势能相互转化。
大物感想-永动机之我见力学二班张文杰1117030232记得初中谈到能量守恒定律的时候,书中提到了永动机这个模型。
它是指违反热力学基本定律的永不停止运动的发动机. 历史上有不少人希望设计一种机器,这种机器不消耗任何能量,却可以源源不断地对外做功。
这种机器被称为永动机。
历史上,人们提出了很多种永动机的制作方案。
虽然人们经过多种尝试,做了多种努力,但永动机无一例外的归于失败。
人们把这种不消耗能量的机器叫第一类永动机。
能量守恒定律的发现,使人们进一步认识到:任何一部机器,只能使能量从一种形式转化为另一种形式,而不能无中生有的制造能量,因此第一类永动机是不可能造出来的。
能不能制造完全将不同种形式互相转化而无损失的热机呢?这种热机无冷凝器,只有单一的热源,它从这个单一的热源吸收的热量,可以全部用来做功,而不引起其他变化。
不能!人们把这种想象中的热机称为第二类永动机。
它虽然不违反能量守恒定律,但因为机械能和内能的转化具有方向性,它也不可能实现。
有人认为永动机这个名词不是很恰当,他们说:“如飞轮之类,一旦开始运动,若无摩擦阻力作用,是可以永久继续运动下去的,这在实际上虽然不易实现,但是在道理上说得通,可以看作一种实际的极限情况。
”他们还认为:“所谓永动机并不是指这种情况,不是试图去保持永恒的运动,而是期望在没有外界能源供给,即不消耗任何燃料和动力的情况下,源源不断地得到有用的功。
”事实上,这种顾虑是完全没有必要的,因为能量的转化是有方向性的,自然界里无论什么运动都会产生热,热向四周扩散,成为无用的能量。
如不补给能量,任何运动着的机器都会停下来。
如果这种永动机真的能够制成,那么就可以不使用任何自然能源无中生有地得到无限多的动力。
在人们还没有掌握自然的基本规律时,这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人,他们付出了大量的智慧和劳动,追求这种梦想的实现。
但是,现在永动机还未能发明,没有任何一部永动机被实际地制造出来,也没有任何一个永动机的设计方案能受住科学的审查。
第二类永动机相关讨论第二类永动机简介及举例第二类永动机原理及可行性总结趣味延展热能二班李兵火学号20110403210一第二类永动机简介及举例定义:永动机是一类所謂不需外界输入能源、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。
而从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。
只有单一的热源,它从这个单一热源吸收的热量,可以全部用来做功,而不引起其他变化。
人们把这种想象中的热机称为第二类永动机。
注:所谓“单一热源”(single reservoir),是指温度均匀并且保持恒定的热源,如果热源的温度不是均匀的,则可以从温度较高处吸收热量,又向温度较低处放出一部分,这就等于工作在两个热源之间了。
热机做功需要有两个热源,从高温热源吸热,向低温热源放热,吸热量与放热量之差就是做功量. “单一热源”是指温度均匀并且恒定不变的热源。
在热力学中所提到的热源,一般是指热容量很大的物体或装置。
当从外界吸收热量时,它的温度并不上升;而向外放热时,它的温度并不降低。
附热力学第二定律:①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化,这是按照热传导的方向来表述的)。
②不可能从单一热源取热,把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的)。
在①的讲法中,指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移,而不能由低温物体自动向高温物体转移,也就是说在自然条件下,这个转变过程是不可逆的。
举例: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。
所以这是一个错误的永动机设想。
二第二类永动机原理及可行性在热力学第一定律问世后,人们认识到能量是不能被凭空制造出来的,于是有人提出,设计一类装置,从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能,并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头,这就是第二类永动机的设计原理。
一、永动机的界定永动机是一类不需外界输入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。
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,是不能够被制造出来的。
综上可知永动机就是能够创造能量或热量的机器,热量也是能量的一种,想100%利用热量是不可能的,就如能量的转化是有条件的,不可能100%的。
第一类永动机是想创造能量,第二类永动机是想100%转化能量,事实证明这是不可能的。
创造能量就如创造宇宙,在现有的物理基础和哲学基础都是不可能完成的事。
二、为什么永动机无法制成1.1第一类永动机最古老的永动机概念,这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。
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。
十五世纪,著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置,1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践,制造了一部直径5米的庞大机械,但是这些装置经过试验均以失败告终。
创造量子都难,更别说创造能量除了利用力矩变化的魔轮,还有利用浮力、水力等原理的永动机问世,但是经过试验,已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局,无一成功。
1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律;1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律,他们从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。
热力学第一定律的表述方式之一就是:第一类永动机不可能实现。
举例说明永动机是不可能制成的摘要本文通过对举例说明和对热学原理的阐述验证永动机在现在是不可能实现的。
关键字永动机;热力学第一定律;热力学第二定律;热力学第三定律1 引言在热力学中,我们知道能量是不可能凭空产生的,也不可能从单一热源吸收热量全部用来做功,并且热机的功率是达不到百分之百的,所以必然有能量损失,于是乎在不加人能量的情况下是无法实现永动的。
2 第一类永动机自从永动机从印度开始提出,人们对永动机的追求就从没有停止过。
十三世纪的一个叫亨内考的法国人提出的永动机,也可以说是最早的永动机。
轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球。
方案的设计者认为,右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。
这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动机器转动。
但是这个装置的实验结果是只是左右摇摆了几下就停下来了。
由杠杆平衡原理可知,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。
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。
16世纪70年代,意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。
他在设计时认为,由上面水槽流出的水,冲击水轮转动,水轮在带动水磨转动的同时,通过一组齿轮带动螺旋汲水器,把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。
他想,整个装置可以这样不停地运转下去,并有效地对外做功。
实际上,流回水槽的水越来越少,很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池,水轮机也就停止了转动。
所以就不会永远动下去。
第一类永动机都是依赖能量的无限输出的,但是能量是只能换的,它只能由一种形式转换成另一种形式,而不能凭空产生。
像浮力就是人们利用的最多的一种力,但其实系统中总能找到一个点使得力矩平衡的。
例如:水从上往下流的水力,足以带动一个抽水的系统将水再抽回去。
论永动机正文目录:1.历史及概要2.第一类永动机1.工作原理及定义2不成立的证据1.力的方面2.能量的方面3.第二类永动机1.工作原理及定义2.不成立的证据1.热力学第二定律克劳修斯表述的方面2.热力学第二定律开尔文表述的方面4.磁力永动机1.简要介绍5.总结关键词:第一类永动机,第二类永动机,能量守恒定律,热力学第二定律正文:论永动机1.历史及概要永动机,即通过一定条件可以永远对外做功的机械,科学家们从公元1200年之前就开始研究这类机械,研究者中不乏达芬奇这样的有名的机械设计师和科学家,但没有一个人成功,所以从1775年法国科学院宣布不再接受任何永动机的设计方案开始,各国就陆续不再接受永动机的专利申请。
为什么要研究永动机呢?因为这类机械一旦研究成功就将为人类带来大量能量,从此人类就将告别化石燃料,这无论在第一次工业革命时期还是第二次工业革命时期还是今天都是无法想象的,这就是为什么要研究永动机。
那么永动机是如何工作的呢?请看下图:2.第一类永动机此图为达芬奇设计的第一类永动机的构造图,从这张图我们可以看出上方钢球比下方钢球离轮心更近,给予其动力时上方钢球随轮向下方移动,下方钢球随轮向上移动,当下方钢球移动到上方时,受重力作用继续移动,上方钢球移动到下方时,由于其具有惯性还会继续向上移动,在这些综合因素的作用下轮就可以一直转动,从此我们可以得出第一类永动机的定义:不需要外界输入能量即可不断对外做功的机械。
那么它不成立的原因何在?我们先从它的工作原理也就是力的角度分析:从图中我们可以看到,虽然上方钢球比下方钢球离轮心更远,但下方钢球比上方钢球数量更多,重力更大再加上摩擦力的作用,使得这个机械会慢慢停下来。
再从能量的角度分析:此类永动机不需要外界供能就能一直对外做功,根据能量守恒定律中能量不会凭空产生这一点来看这是不可能成立的,所以第一类永动机就宣告破产了3.第二类永动机在热力学第一定律问世之后,人们意识到能量是不可能被制造出来的,于是人们就设计出这样一个装置,它可以从单一热源吸收热量并使之完全转化为功而不产生其他影响,只要工作原理满足这一定义的永动机我们称之为第二类永动机。
永动机的历史回顾摘要:永动机是千百年来人们所探寻的机器,虽然已被证明不可行,但不可否认其对科学发展起到了一定的推进作用。
本文主要回溯了永动机的发展史并指出了几种常见永动机的理论缺陷,主要包括第一类永动机(违反能量守恒定律的),第二类永动机(违反热力学第二定律的),第三类永动机(人们设想出来的磁力永动机)关键词:永动机;热力学第二定律;溶液;吸水鸟1、课题背景永动机是指可在没有外部能量输入的情况下,自行持续对外界做功以致产出能量的理想化模型,本身是违反热力学第二定律或能量守恒定律而无法制造出来的。
在当今时代,科学学者们已经达成共识:任何企图设计永动机的努力都是完全没有意义的、徒劳的工作。
但如果把目光转向科学史,我们就会发现:与“徒劳、无意义”恰恰相反,科学学者们对永动机的探索历程充满着科学的智慧和天才的设计。
因此永动机理论是科学史上一朵难得的奇葩,绝大多数科学成果都是依靠“证实”而获得的,永动机催生出来的两大热力学定律——热力学第一定律或称能量守恒定律、热力学第二定律或称熵增加原理,都是依靠相应类型永动机“无法制成”这一“证伪”的工作而获得的。
可以说,永动机的探索在一定程度上推动了物理学的发展,是人们对科学的探索过程中的一环。
假若没有永动机,热力学或许至今还是一片狼藉。
牛顿曾经说“永动机的探求者是想从虚无中得到什么。
”正因为永动机设计的探索具有“证伪”这一特殊性,实际上热力学第一定律和第二定律都应理解为“公理”而非“定理”,即并没有严谨的逻辑支持。
这也就导致时至今日,仍有一些民间“科学家”认为其存在漏洞,永动机有可能制成。
关于永动机的探讨至今竟然仍未停止,这些民间科学家甚至用永动机原理制作出了一些“产品”。
这类产品无疑就是骗局。
综上,我想通过本文,以永动机的原理分类(第一类、第二类等)为序,简要回顾永动机的探索历程,一方面纪念这些人通过“徒劳的”探索为科学发展做出的贡献,另一方面也阐释清楚目前存在的一些永动机“为什么不能永动”或“为什么不是永动机”。
分析常见几种有趣的“永动机”我们知道,永动机有两类: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”。
在人类科学发展史上曾出现过无数的学者进行开发“永动机”,其中不乏很多科学家,下面列举几种有趣不可实现的永动机。
一、重力“永动机”例1文艺复兴时期,意大利的达芬奇设计了如图1所示的装置。
他设计时认为,在轮子转动过程中,右边的小球总比左边的小球离轮心更远些,在两边不平衡的力矩作用下会使轮子沿箭头方向转动不息,而且可以不断地向外输出能量。
但实验结果却是否定的。
达·芬奇敏锐地由此得出结论:永动机是不可能实现的。
下列有关该装置的说法中正确的是()A.如果没有摩擦力和空气阻力,该装置就能永不停息地转动,并在不消耗能量的同时不断地对外做功.B.如果没有摩擦力和空气阻力,忽略碰撞中的能量损耗,给它一个初速度,它能永不停息地转动,但在不消耗能量的同时,并不能对外做功.C.右边所有小球施加于轮子的动力矩并不大于左边所有小球施于轮子的阻力矩,所以不可能在不消耗能量的同时,不断地对外做功.D.在现代科学技术比较发达的今天,这种装置可以永不停息地转动,在不消耗其它能量的基础上,还能源源不断地对外做功.解析:该设计中,当轮子转动时,虽然右边的小球总比左边的小球离轮心更远些,但是右边小球的个数总比左边的少,实际上右边所有小球施加于轮子的动力矩等于左边所有小球施于轮子的阻力矩,轮子在不受到外力作用时将保持平衡状态.如果没有摩擦力和空气阻力,且忽略碰撞中的能量损耗,给轮子一个初速度,轮子就能依靠惯性永不停息地转动。
故正确答案为BC。
二、风力“永动机”例2利用牛顿第三定律,有人设计了一种交通工具,如图2所示,在平板车上装了一个电风扇,风扇转动时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上,靠风帆受力而向前运动,对这种设计,下列分析中正确的是()A.根据牛顿第二定律,这种设计能使小车运行B.根据牛顿第三定律,这种设计能使小车运行C.这种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第二定律D.这种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第三定律解析:风扇吹出的风对风帆有向前的作用力,风又给风扇一个向后的作用力,因此对于整个装置而言,作用力和反作用力都是内力,小车不会运动,故选D.三、浮力“永动机”例3有人设计了如图3所示的“浮力永动机”。
第二类永动机的原理是什么第二类永动机是指一种被普遍认为不可能实现的机器,其运行可自我维持,从而不需外部能源供给,并能产生连续的功效。
尽管科学界普遍认为这种永动机是不可能存在的,因为它违背了能量守恒定律和热力学第二定律,但其依然引起了人们的好奇和研究兴趣。
第二类永动机的原理是依靠一种被称为“过度承诺”的原理。
过度承诺是指通过巧妙地设计和布置机械装置,使得输出功效超过输入功效的情况发生,从而产生了看似不需要外部能源供给的运行状态。
虽然短暂地实现了看似的永动机效应,但实际上仍然违背了能量守恒定律和热力学第二定律。
在物理学和热力学中,能量守恒定律是指在一个封闭系统中,能量不可被创造也不可被销毁,只能从一种形式转化为另一种形式,并且总量保持不变。
而热力学第二定律则表明在一个封闭系统中,热自然地从高温物体流向低温物体,而不会反过来。
这两个基本定律限制了永动机的实际存在。
然而,一些人仍然试图设计并验证第二类永动机。
他们通过结构和力学的巧妙设计,使机械装置在外部看来似乎毫无能量补给下实现了连续的功效产生。
这通常是通过吸引不同形态的力来实现的,如弹簧、压缩空气、磁力等。
但是,这些力场的能量最终会耗尽,无法持久运行。
因此,这种看似不需要外部能源供给的机器实际上只是暂时地利用所储存的能量。
至今为止,没有一个第二类永动机能够真正实现长期连续运行而不需要外部能源供给。
这表明了能量守恒定律和热力学第二定律的普遍适用性和合理性。
尽管科学界一直将其视为不可能实现的机器,但研究第二类永动机仍然对于探索能源转化及机械设计等领域有一定的意义。
总的来说,第二类永动机是指一种违反能量守恒定律和热力学第二定律的机器。
尽管有人试图通过巧妙的设计来实现它,但迄今为止还没有成功。
科学界普遍认为第二类永动机的实现是不可能的,因为它违背了已被验证的物理定律。
然而,研究这种永动机仍然有助于推动科学和技术的发展,以及对能量守恒和热力学定律的深入理解。
从永动机中看热力【摘要】永动机是热力学史上人类走过的一条弯路,它的产生有它特定的历史条件。
但失之东榆,收之桑隅,人类却因此而总结出了热力学上的两大定律,为研究热力学提供了依据,促进了科学的发展。
本文综述了两类永动机的发展历史和受此影响研究出的两大热力学定律。
【关键词】永动机热力学第一定律热力学第二定律永动机是指违反热力学基本定律的永不停止运动的机器。
永动机的想法起源于印度,公元1200年前后,这种思想从印度传到伊斯兰世界,并从这里传到了西方。
历史上,人们提出了很多种永动机的制作方案,虽然人们经过多种尝试,做了多种努力,但永动机无一例外的归于失败。
历史上的永动机共有两类,分别是第一类永动机和第二类永动机。
第一类永动机定义:某物质循环一周回复到初始状态,不吸热而向外放热或作功,这叫“第一类永动机”。
历史:早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。
如右图所示:轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球。
方案的设计者认为,右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。
这样轮子就会永无休止地沿着一个方向转动下去,并且带动机器转动。
这个设计被不少人以不同的形式复制出来,但从未实现不停息的转动。
仔细分析一下就会发现,虽然右边每个球产生的力矩大,但是球的个数少。
左边每个球产生的力矩虽小,但是球的个数多。
于是,轮子不会持续转动下去而对外做功,只会摆动几下,便停止转动。
后来,文艺复兴时期意大利的达芬奇也造了一个类似的装置,如右图所示,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·芬奇敏锐的由此得出结论:永动机是不可能实现的。
热力学发展初期,热和机械能的相互转化是人们研究的主题。
在工业革命的推动下,工业上和运输上都相当广泛地使用蒸汽机。
第三类永动机别莱利曼在《趣味物理学》中写了不少关于永动机的故事。
有一个人生城建成了永动机,呼吁专家去鉴定。
后来真的去了一伙人参观,那人抬出来一个看起来挺复杂的装置,费了几个牛的力气,把机器发动起来。
遗憾的是,只转了一小会儿,就停了下来。
那人接着折腾,折腾到最后,很不好意思地对大家说:它总是发脾气。
(别莱利曼,1979)第一类永动机和第二类永动机永动机是人类的一个梦想,而且是建立在科学之上的梦想——虽然现在被看成是伪科学了——因为所有的永动机探索者在涉及他们的机器时,依据的都是某种科学的原理,而不是神秘的超自然力.最初,这些科学爱好者是想造出“东东1”:一个循环系统,能够实现自循环,并且在每一次的循环中,除了产生维持其自身运转的能量,还多少有点富裕.这样,就可以源源不断地向系统之外输出能量,不光是人,那些大牲口,什么骡子啊,马啊,都可以歇歇了.这个东东将给野外科考队员提供极大的方便,无论走到哪里,帐篷支起来,把东东1一架,所有的灯都亮了,比电池方便多了,而且环保。
当然了,在家也可以用啊,无论是水电站还是核电站,都不用建了!梦想固然很好,不过,已经创造了很多奇迹的科学,这回不灵了。
永动机爱好者几乎尝试了所有的科学的现象,什么电啊、磁啊、毛细现象啊;什么杠杆啊、滑轮啊、斜面啊,没有一个成功的。
再到后来,物理学家给出了一个能量守恒定律,这个定律宣判:东东1造不出来。
能量守恒定律现在也叫做热力学第一定律——可见热力学不只有一个定律—-我们简称它热一律吧!刚开始的时候,总有人不相信它——到现在还有人步信,所以接着试,屡战屡败,屡败屡战,总有人不甘心.不管怎么说,永动机是个多么美好的梦想啊!王力雄在小说《永动机患者》中就写了一个执着的农民,他就是要造出永动机,他相信,永动机开转之日,就是家乡人民脱贫之时!美好的梦想要靠科学来实现,于是又有人想出“东东2",它能够吸收空气(或者海水,或者别的东西)中的热量,转化成电能(或者其他可用的能量),转化出来的灯与吸收过来的,所以不违背热一律。
第二类永动机的原理是什么第二类永动机是指在不需要任何外部能源输入的情况下,能够持续运转的理论装置。
然而,根据热力学的基本定律,能源守恒和熵增定律,第二类永动机是不可能存在的。
下面我们将从热力学的角度详细解释第二类永动机的原理。
根据能量守恒定律,能量不可能从无到有地产生,也不可能从自身消失。
因此,任何能量转换过程都会伴随着能量的损失。
而第二类永动机的理论装置声称能够源源不断地产生能量,违背了能量守恒定律。
具体来说,我们先从热力学的角度分析。
热力学第一定律,也称为能量守恒定律,表明能量是守恒的,即自然界中的能量总量是恒定的。
这意味着任何装置或系统在运作过程中所消耗的能量和产生的能量必须完全平衡,能量的总和不会改变。
因此,第二类永动机声称可以不需要任何外部能源输入,持续运转的情况与能量守恒定律相矛盾。
其次,我们从熵增定律的角度来讨论第二类永动机。
熵增定律是指在一个封闭系统中,熵(表示系统的无序程度)总是增加的趋势。
而第二类永动机声称无法实现的原因之一就是违背了熵增定律。
根据熵增定律,任何能量转换过程都会产生一定的熵增。
具体来说,能量在转化过程中不可避免地会以废热的形式散失出去,从而增加系统的熵。
而第二类永动机声称可以通过某种方式将废热重新利用,从而实现无损耗地转化能量,这与熵增定律相矛盾。
此外,第二类永动机的理论常常使用一些看似合理的机械装置来解释原理,但这些装置并不符合物理学的规律,如摩擦力、空气阻力等。
这些因素会导致机械装置的能量损失,从而使得第二类永动机无法实现。
综上所述,根据能量守恒定律和熵增定律,第二类永动机是不可能存在的。
虽然在过去和现在我们仍然可以看到一些声称能够实现永动机的观点和装置,但它们都违背了热力学基本规律。
科学研究和实践表明,我们必须依靠外部能源输入来实现能量的转化和有效利用。
因此,第二类永动机在理论上是不可行的。
七谈"永动机"分类:新能源发电| 标签:节能减排清洁能源第二类永动机|{对"永动机"说句公道话} 一谈"永动机"[编辑]永动机为什么到现在还没有出现,其原因如下:1.科学界前辈早已界定无法实现,大多数人也认为是正确的,给研究此学科的人制造了许多不便。
2.研究在单学科,纯机械,纯机器中进行,没有把它看作是一套大型装置,一座大型工厂,集多学科的技术人员共同研究,所以很难取得突破。
3.国家政府不支持,经费取得困难,为官者都认为是伪科学,有谁还敢拿科学开玩笑,科学家也就很难去开拓。
4.对'永动机'界定不合理,100%的永动确实难以达到,那么70%的永动是否算永动机,50%的永动就可节约一半的能量,只要节能减排就有意义,所以不要那么死板,那么教条,永动机就一定会在科技进步中出现。
但单纯的永动不能改变能源利用格局,因为功率很难做成象火力发电.核能发电的规模,只有"第二类永动机"可以无限的放大,改变能源利用格局的只有第二类永动机可以担任.第二类永动机在不远的将来,一定会出现在能源生产的舞台上,为解决能源危机而出世。
[编辑] 再谈"永动机""永动机"科技界的定义是:不输入任何能量的推动,机器能永远运转,还能对外输出功率,从这种定义去讲,"永动机"真的很难实现。
因为不符合客观规律,因此永动机就被打入伪科学的黑名单,无法和节能降耗相提并论,使"她"无法为人类贡献巨大的能源,使人类过早的消耗了应该长期使用的能源,{这和过度浪费有关}如果这样消耗资源,我们的子子孙孙可就要在无源的日子里度过。
为了科学的进步,科学高效的利用有限能源,必须对永动机从新界定,100%的永动很难实现,但如果能达到70%算不算永动机,达到50%就可节约一半的能源,这要比节能降耗强多了,任何科学在一步一步的提高,永动机也一样,如果能达到70%永动,那么80%.90%也一定在科学进步中逐步达到,那么算不算永动机呢?对永动机不要要求的那么高,死死的定个框框,不能雷此半步,能达到50%就可节约一半的能源,比节能降耗强多了,叫个永动机又怎么啊!只是个叫法而己,能节约能源才是硬道理.可以给永动机规定一个范围,如A型达到90%,B型达到80%,C型达到70%,D型达到60%,E型达到50%.低于50%就不算永动机.这样就给永动机彻底平反了,永动机就一定会实现.但不是一台机器,而是一套装置,一坐工厂。
浅谈第二类永动机化工(4)班赵智君第二类永动机产生的历史背景在热力学第一定律问世后,人们认识到能量是不能被凭空制造出来的,于是有人提出,设计一类装置,从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能,并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头,这就是第二类永动机。
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年代法国工程师卡诺设计了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了热机的工作效率与两个热源的温差相关。
德国人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。
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了第二类永动机的死刑。
“饮水鸟”永动机“饮水鸟”永动机解释饮水鸟只要有水就能动,这已经是客观事实了,我桌子上就有一个。
你可能说缺水时不就不能动了么。
那你可以将饮水鸟放在河边、湖边,海边。
然后转动处加个发电机就可以发电了。
你可能说这发电量太小吧。
那为什么不改进下呢,做个较大型的鸟,做上成千上万个。
反正是一次性投入,已经不用任何投入,便有源源不断的电传出来了。
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”。
第二类永动机的发展前景而本文的研究认为,“热力学第二定律”是错误的,第二类永动机是能实现的。
关于热力学第二定律的解释为:关于内能和其它形式能量,(如机械能、电磁能等)的特殊转化规律,解决热现象,有关实际过程的方向性问题。
它有不同表达方式,(1)克劳修斯表述:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
(2)开尔文表述:不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的攻,而不引起任何变化。
热力学,第二定律,已经、被大量的实践证明,但是不能推广到整个宇宙中去。
克劳修斯(1822——1888)德国的物理学家,1850年提出热力学第二定律。
但是他把热力学第二定律推广应用于整个宇宙。
得出热寂说的理论,则是错误的。
如高温总向低温中扩散,宇宙在漫长的时间中应该是一个没有温差的恒温体,但实际上并没有这样的迹象。
如恩格斯就指出,放射到太空中去的热,一定有可能通过某种途径(指明这一途径,将是以后自然科学的课题)转变另一种运动形式,在这种运动形式中,能从新集结和活动起来。
天体演变的观测,都以丰富的实际,否定了热寂说。
宏观是由微观组成的,既然宇宙宏观否定了热力学第二定律,微观也因是不成立的。
由此可见,热力学第二定律,下的早了一点。
这个定律是人定的,人也可破除,以前人们虽然作过很多的实验,但是这些实验并没得到有效证明。
实践说明之:能源是可以循环利用的,不然,在宇宙的漫长时间里,已经没有温差而言了,人们也没有能利用的能源了。
但是事实上,宇宙的很多恒星内,有很高很高的高温,而很多行星的背面,有接近绝对零度的低温。
故问题之:人们的很多问题没有弄清,对能源的循环利用,还没找到解决的方法而已。
世界万物都在运动,也为世界上的万物都是永动机。
但是这些物体运动,总的概率是高位向低为扩散。
而人类现在就是利用这一特性,将物体运动能量进行转换,变成人类所需要的运动能量。
换言论之:人类得到需要的能源,要在有‘位差’的条件下才可利用。
如:1、机械压力,机械传动,电锤打击,车辆行驶,压电陶瓷等。
2、在水电站中,高水位向低水位的流动,冲击水轮机发电。
3、在火电厂中,利用燃料在锅炉里加热水,产生高温、高压蒸汽,向低温、低压流动,来推动气轮机发电,燃气轮机也是靠高压气流的压力推动燃气轮机做功的,还有内燃机等。
4、高温度、高能量的物体,产生热辐射强度高,向低温度的物体辐射,如有太阳能加热,锅炉里的火焰加热炉管里的水等。
5、热传导,如高温向低温度传热量,各种换热器,温差电池等。
6、电位差,使电流由高电势向低电势流动,来达到发电、电力传导、用电等的目的。
故此能源的利用:首先要有高位能(高压、高温、高电压、高辐射等),但还必须有低位能(低压、低温、低电压、低辐射等),人们才能利用。
也是位差的能量,利用方法基本是:打开高位能流向低位能的定向通道,并改变能量运动方式,达到人们需要的目的。
在利用的过程中,由于转换率和摩擦损耗等,能利用到50%就不错了,理论上是达不到100%的。
如柴油机的效率可到35%。
燃气轮机加蒸汽轮机联合机组,高的,可利用到60%等。
永动机实现的理论解决物体有温度,就有能量,温度能量显示,在“布朗运动(自由的无规律运动)”就会有充分的体现。
布朗运动是在液体和气体中的微粒(直径1/10000 —1/100 毫米),所做的永不停止,无规则运动。
它是在英国植物学家,布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉时,发现的。
布朗运动是:悬浮微粒,受到周围液体和气体分之,从各个方向不平衡撞击引起的。
单一的分子运动能量,为什么不能当能源利用,因为,这些运动的气、水等分子,不定向成絮乱状态,难单一的向一个方向运动。
如果能使自由运动的粒子,在无位差的情况下,向一个方向运动,把无序运动变成有序运动、即成为人们能利用的动能。
如果想一下,在这些分之的不平衡撞击时候,在中间有一个装置(如果是在工业上可以称为:‘止逆伐’电子工业中称为‘二极管’),就是在正向撞击的时候,可以冲开通过,在反向撞击的时候,阀门关上,而过不去。
如果我们将,这个‘止逆阀’(‘二极管’)做的很小,就象体现布朗运动,10 u m,以下的。
这样在正撞击下,分之就可以通过,而在反撞击的情况下,就不会关闭阀门挡住。
(也好比是很多,不知道疲倦,永远乱跑的一群人,当经过一道门,该门正面可进,回来就关上,这样,这群人,就会形成单一方向的人流。
)这样流体就会向一个方向流动了。
有此可见,能研究出微观运动的止逆阀,就可以把无序的布朗运动,变成有序定向运动了,在无压差的情况下利用能源。
既该装置在环境温度下,可以吸收周围环境的温度能量,输出人们需要的能量,如热与电流等。
例如在空气中,我们可以想象,气体就象一个乱飞的弹性小球,在不停的飞舞,如果能向一个方向飞,就是风的感觉,也就可以利用这个运动了。
如果能在微观的运动中,找到这样一个止逆阀,分子运动碰到这个止逆阀时,顺向的能通过,而逆向的被挡回,这样在无位差的情况下,就可以有序定向的运动了。
如在空气中,用一根管子,中间加这样的一个止逆阀就成为风机了。
用风吹动风轮发电,就可以利用能源了。
红外线‘止逆阀’(二极管)上述永动机的多种方案,虽然道理说得通,但是实际实施非常困难,其装置,加工多为纳迷级的,一般的技术能力难实现。
而本人突破的方向为:红外线‘止逆阀’。
该装置,在我手工制作下,即可完成。
该装置的道理是:利用常温物体发射红外线,设计红外线相互对射的‘二极管’。
基本道理是:一般物体在273K度以上都辐射红外线,温度高的物体发射量大,且波短,反之低温的物体发射量小,且波长。
有维恩定律为:[绝对黑体辐射最大值的波长(微米)= 2886/绝对黑体的温度(微米.K度)]。
一般的物体在500 °C以上,就发射波短到可见光了程度了。
该学科属于黑体辐射领域。
两个物体在常温下,相互的热辐射作用是:当两个物体的温度一样时,对射的红外线是一样,也就是说,你给我多少,我也给你多少,两物体的温度没有变化。
当两物体的温度不一样时,温度高的物体热辐射能力强,就会发射得多,收的少。
反之另一个温度低的物体,则是发射得少,接收得多。
时间一长,两物体的温度就会找平,变得一样了。
如果能解决了一种红外线光的‘二级管’。
这种‘二级管’的作用是要,红外线光能‘正面’的单向通过,‘反面’被挡回。
再将这个‘二级管’放在A、B两个物体之间,其它的地方都有反射红外线辐射的面,在整个环境中再隔绝热传导。
这样的结果是:A物体发射出来的红外线就会正向通过‘二级管’,射到对方的物体上,而B物体发射出来的红外线则会被‘二级管’挡回,结果就是B物体只会接收红外线能量,而不能发射出去,使得能量的增高,既温度的增高。
而A物体则相反。
两物体就会有温差,有了温差就有了我们可以利用的能源了。
从上图可以看出,甲物体热辐射,由于两物体中间的‘热辐射的二极管’作用,热辐射能量收的多,发的少,由此甲温度升高。
而乙物体则相反,温度下降。
再一种电磁感应‘止逆阀’方案其道理是:在一小装置内,液体中有悬浮的小磁铁,距离很近的地方有小线圈,线圈导线两端有二极管,花粉般大小的磁铁,在液体中产生布朗运动,使附近的小线圈中产生电流,可逆性的电流在二极管的作用下,可去不可回,就会产生单一流向。
该装置如果想提高电压和电流,也是利用多个串联和并联的方法。
见下装置示意图。
电磁感应‘发热’‘止逆阀’方案(A)、其道理是:在一小装置内,液体中有悬浮的小磁铁,距离很近的地方有小线圈(良导体),线圈导线联另一线圈(电阻大的)。
花粉般大小的磁铁,在液体中产生布朗运动,使附近的小线圈中产生电流,电流联另一线圈,由于电阻大发热,由此一机级温度高于一级,产生温差。
该装置如果想提高温差,也是利用多个串联和并联的方法。
实验装置图谢谢观看!。