形形色色的永动机

UFO爱好者

自古以来，人类通过安装在河流上的水车利用水力抽水或者推动磨子磨粉。有人设想：“如果用水车运转抽上来的水再来推动水车，这样不需要河流，水车不也能永远运转下去了吗？”(下图）。这个设想如果实现，自己提供动力源（水）独自不停运转的梦幻装置（水车）就诞生了。

用自己送到高处的水推动自己不断运转下去的“永动水车”
这是17世纪人们研制的一例永动水车。德国的一名技师贝可勒尔在他的书中有介绍，水车（图中的H），通过齿轮推动右边的磨（M）碾谷。同时，推动左面的装置（Q）把水送到高处。目的是被送到高处的水再次推动水车。人们设想，这样的话，水车就能够自发的运转下去。
像这个水车那样，无需外力、无需提供燃料而能自发地不停运转的装置，称为“永动机”。 在16世纪后半叶，以欧洲为中心，研究永动机曾经风靡一时。但现实是残酷的，没有一例获得成功。
波义耳永动机
一些著名的科学家也进行过永动机的研制。以提出波义耳定律（描述气体的体积和压力之间的关系）而闻名的英国化学家罗伯特·波义耳（Robert Boyle，1627～1691），研制了利用毛细现象的“波义耳永动机”(见下图）。



波义耳永动机
毛细现象，是因为水的表面张力，水面会沿着容器壁上升。因此，在这个永动机中，水会被细玻璃管吸上来。然而，水会循环吗？不会，水不会离开容器壁而连续从管内流出。
圆盘+铁球=永动机？
如下图，放在当中的铁球能够产生使圆盘顺时针旋转的力矩。有人认为，只要沿着顺时针方向推它下，圆盘就会一直旋转下去。


然而，内部小球逆时针的力矩和顺时针的力矩，整体是平衡的。因此，只要推他的手一离开圆盘，它就停止旋转了。
磁铁小球永动机
如下图，受磁铁吸引的铁球爬上轨道，再从洞中落下。它能够再次爬上轨道、重复运动吗？


实际上，如果磁铁很强，铁球会被直接吸到磁铁上，或者直接掉入洞里之后停在轨道上某个磁力和下滑力相平衡的位置。如果磁铁较弱，铁球大概爬不上轨道。

浮力永动机
如下图。串在一起的浮子，只有右边的浮子受到浮力，它们是否能够不停地逆时针转动？


为了把浮子压入水槽的底部，需要有比它在水槽底部受到的水压更大的力（假定不考虑底部会漏水）。水槽中的浮子受到的浮力（使装置逆时针旋转的力），不会比它受到的水压大。

以上是人们研制的各种各样的永动机的例子。不管利用重力、毛细现象、磁力还是浮力作为动力源，都以失败告终。
科学造诣很深的文艺复兴时期的画家列昂纳多·达·芬奇（1452～1519）也画有永动机的草图，但是，他得出的结论是，“这样的装置是不可能的”。




永动机对外做功，就是把自己的能量传递给外部，相当于自己能够产生能量、并把能量不断提供给外部。这明显违反了能量既不增加也不减少的能量守恒定律。在能量概念确立之前，就像河水推动水车一样，人们的主流认识是认为自然界的万物都是能够自发运动的。所以人们就设想自然也一定会产生一种能量为人们利用，其产物就是对永动机的研究。
能量守恒定律的出现，否定了之前所有的那些自发产生能量的永动机。违反“能量守恒定律”（热力学第一定律）的永动机，称为“第一类永动机”。上述的这些永动机，都是第一类永动机。