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为什么永动机只有两类?

 大隆龙 2017-10-29

基本的回答是,因为只有这两类构想可以实现永动机的目的:获得无限的能源。

说到永动机,首先要破解一个常见的望文生义的误解,即以为能够永远运动的机器就是永动机。如果你这么理解的话,那么你立刻就会发现许多永动机的设计。其实都用不着任何巧夺天工的方案,拿个滑轨(无论是环形的还是直线形的),把摩擦减到可以忽略不计,把一个球放在里面运动,不就可以永远运动下去吗?这需要什么技术含量?许多民科宣称他们造出了永动机,本质就是这种,白瞎了他们的费尽心机。

这种想法的错误在于,只有当你能从永动机中得到能量时,这种装置才有用。单纯的永远运动,只是一毛不拔的守财奴而已,算不上永动机。真正的永动机,是像聚宝盆那样,源源不断地给你提供能量。

明白了这一点,你就可以理解,为什么有第一类永动机和第二类永动机的区分了。

第一类永动机,是违反热力学第一定律(即能量守恒定律)的机器。也就是说,不需要外界供给能量,就可以源源不断地对外提供能量。在发现能量守恒定律之前,人们想造的永动机都是这种。显然,如果它能造出来,就彻底解决人类的能源问题了。但是,经过无数次失败的尝试后,大家决定放弃这种想法,反过来把“第一类永动机不可能制成”作为一条基本原理,这就是热力学第一定律。

不过这还没完。发现热的本质是分子的运动(而不是一种特别的物质“热质”)后,人们又开始展开想象的翅膀了:已经知道功可以完全转化成热(摩擦生热就是例子),那么如果热可以完全转化成功,我们从一个巨大的热源(比如说大海、空气)中提取热量,把它完全转化成机械能,不也彻底解决了能源问题吗?这就叫做第二类永动机,它是在承认能量守恒定律的前提下,希望通过从单一热源中无限获取能量达到跟第一类永动机同样的效果。

很不幸,所有的制造第二类永动机的努力又失败了。人类这次已经学乖了,于是又把“第二类永动机不可能制成”作为一条基本原理,它就是热力学第二定律。人们承认,热不可能完全转化成功而不造成其他变化(热力学第二定律的开尔文表述),换句话说,热机至少需要一冷一热两个热源,不能只用一个热源。

开尔文

你还能想出第三类永动机,在承认热力学第一和第二定律的前提下,彻底解决能源问题吗?

其实如果你学过热力学第二定律,知道它确定了在一冷一热两个热源之间工作的热机的最高效率,那么你就能推出:如果冷源的温度等于绝对零度,那么热机的效率就可以达到100%。这就达到第二类永动机的效果了。也许,你会把这种构想叫做第三类永动机。

但是,人们又发现了热力学第三定律:绝对零度不可能达到。如果你愿意,你可以把这条定律称为“第三类永动机不可能制成”……

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