永動(dòng)機(jī)的神話

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  永動(dòng)機(jī)的想法起源于印度,公元1200年前后,這種思想從印度傳到了伊斯蘭教世界,并從這里傳到了西方。

  在歐洲,早期最著名的一個(gè)永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案是十三世紀(jì)時(shí)一個(gè)叫亨內(nèi)考的法國(guó)人提出來(lái)的。如圖所示:輪子中央有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸,輪子邊緣安裝著12個(gè)可活動(dòng)的短桿,每個(gè)短桿的一端裝有一個(gè)鐵球。方案的設(shè)計(jì)者認(rèn)為,右邊的球比左邊的球離軸遠(yuǎn)些,因此,右邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩要比左邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大。這樣輪子就會(huì)永無(wú)休止地沿著箭頭所指的方向轉(zhuǎn)動(dòng)下去,并且?guī)?dòng)機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)設(shè)計(jì)被不少人以不同的形式復(fù)制出來(lái),但從未實(shí)現(xiàn)不停息的轉(zhuǎn)動(dòng)。

  仔細(xì)分析一下就會(huì)發(fā)生,雖然右邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩大,但是球的個(gè)數(shù)少,左邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩雖小,但是球的個(gè)數(shù)多。于是,輪子不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去而對(duì)外做功,只會(huì)擺動(dòng)幾下,便停在右圖中所畫(huà)的位置上。

  從哥特時(shí)代起,這類設(shè)計(jì)方案越來(lái)越多。17世紀(jì)和18世紀(jì)時(shí)期,人們又提出過(guò)各種永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(xì)作用的,也有利用同性磁極之間排斥作用的。宮廷里聚集了形形色色的企圖以這種虛幻的發(fā)明來(lái)掙錢(qián)的方案設(shè)計(jì)師。有學(xué)識(shí)的和無(wú)學(xué)識(shí)的人都相信永動(dòng)機(jī)是可能的。這一任務(wù)像海市蜃樓一樣吸引著研究者們,但是,所有這些方案都無(wú)一例外的以失敗告終。他們長(zhǎng)年累月地在原地打轉(zhuǎn),創(chuàng)造不出任何成果。通過(guò)不斷的實(shí)踐和嘗試,人們逐漸認(rèn)識(shí)到:任何機(jī)器對(duì)外界做功,都要消耗能量。不消耗能量,機(jī)器是無(wú)法做功的。這時(shí)的一些著名科學(xué)家斯臺(tái)文、惠更斯等都開(kāi)始認(rèn)識(shí)到了用力學(xué)方法不可能制成永動(dòng)機(jī)。

  19世紀(jì)中葉,一系列科學(xué)工作者為正確認(rèn)識(shí)熱功能轉(zhuǎn)化和其它物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化關(guān)系做出了巨大貢獻(xiàn),不久后偉大的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律被發(fā)現(xiàn)了。人們認(rèn)識(shí)到:自然界的一切物質(zhì)都具有能量,能量有各種不同的形式,可從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)化和傳遞的過(guò)程中能量的總和保持不變。能量守恒的轉(zhuǎn)化定律為辯證唯物主義提供了更精確、更豐富的科學(xué)基礎(chǔ)。有力地打擊了那些認(rèn)為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)可以隨意創(chuàng)造和消滅的唯心主義觀點(diǎn),它使永動(dòng)機(jī)幻夢(mèng)被徹底的打破了。

  在制造第一類永動(dòng)機(jī)的一切嘗試失敗之后,一些人又夢(mèng)想著制造另一種永動(dòng)機(jī),希望它不違反熱力學(xué)第一定律,而且既經(jīng)濟(jì)又方便。比如,這種熱機(jī)可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之完全變?yōu)闄C(jī)械功。由于海洋和大氣的能量是取之不盡的,因而這種熱機(jī)可永不停息地運(yùn)轉(zhuǎn)做功,也是一種永動(dòng)機(jī)。如左圖所示:

  然而,在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文于1851年提出了一條新的普遍原理:物質(zhì)不可能從單一的熱源吸取熱量,使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其它影響。這樣,第二類永動(dòng)機(jī)的想法也破產(chǎn)了。

  永動(dòng)機(jī)的想法在人類歷史上持續(xù)了幾百年,這個(gè)神話的被駁倒,不僅有利于人們正確的認(rèn)識(shí)科學(xué),也有利于人們正確的認(rèn)識(shí)世界。

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