關(guān)于永動機為什么無法實現(xiàn)

永動機是一類想象中的不需外界輸入能源、能量或在僅有一個熱源的條件下便能夠不斷運動并且對外做功的機械。歷史上人們曾經(jīng)熱衷于研制各種類型的永動機，其中包括達芬奇、焦耳這樣的學術(shù)大家，另外包括一些希望以永動機出名和獲利的騙子。在熱力學體系建立后，人們通過嚴謹?shù)倪壿嬜C明了永動機是違反熱力學基本原理的設(shè)想，從此之后就少有永動機的研究者了。不過從一個側(cè)面也可以認為，人類對永動機的熱情以及制造永動機的種種實踐，推動了熱力學體系的建立和機械制造技術(shù)的進步。

因為永動機的研究可以突破人類現(xiàn)有知識水平，所以無數(shù)科學家都在熱衷于這個項目，甚至于包括原國民黨將領(lǐng)黃維也在獄中研究永動機。

1775年法國巴黎科學院通過決議，宣布永不接受永動機，現(xiàn)在美國專利與商標局嚴禁將專利證書授予永動機類申請，而永動機這個名詞現(xiàn)在更多地作為一種修辭被用來描述那些充滿活力，不知疲倦的人。

關(guān)于永動機為什么無法實現(xiàn)，恐怕原因再簡單不過了，因為它違反了能力守恒定律。第一類永動機。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進一步認識到：任何一部機器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有的制造能量，因此第一類永動機是不可能造出來的。能不能制造完全將不同種形式互相轉(zhuǎn)化而無損失的熱機呢？這種熱機無冷凝器，只有單一的熱源，它從這個單一的熱源吸收的熱量，可以全部用來做功，而不引起其他變化。不能！人們把這種想象中的熱機稱為第二類永動機。它雖然不違反能量守恒定律，但因為機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，它也不可能實現(xiàn)。

文藝復(fù)興時期意大利的達·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了一個類似的裝置，他設(shè)計時認為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠些，在兩邊不均衡的作用下會使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動不息，但實驗結(jié)果卻是否定的。達·芬奇敏銳地由此得出結(jié)論：永動機是不可能實現(xiàn)的。事實上，由杠桿平衡原理可知，上面兩個設(shè)計中，右邊每個重物施加于輪子的旋轉(zhuǎn)作用雖然較大，但是重物的個數(shù)卻較少。精確的計算可以證明，總會有一個適當?shù)奈恢?，使左右兩?cè)重物施加于輪子的相反方向的旋轉(zhuǎn)作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使輪子達到平衡而靜止下來。

16世紀70年代，意大利的一位機械師斯特爾又提出了一個永動機的設(shè)計方案。他在設(shè)計時認為，由上面水槽流出的水，沖擊水輪轉(zhuǎn)動，水輪在帶動水磨轉(zhuǎn)動的同時，通過一組齒輪帶動螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整個裝置可以這樣不停地運轉(zhuǎn)下去，并有效地對外做功。實際上，流回水槽的水越來越少，很快水槽中的水就全部流進了下面的蓄水池，水輪機也就停止了轉(zhuǎn)動。浮力也是設(shè)計永動機的一個好幫手。是一個著名的浮力永動機設(shè)計方案。一連串的球，繞在上下兩個輪子上，可以像鏈條那樣轉(zhuǎn)動。右邊的一些球放在一個盛滿水的容器里。設(shè)計者認為，右邊如果沒有那個盛水的容器，左右兩邊的球數(shù)相等，鏈條是會平衡的。但是，現(xiàn)在右邊這些球浸在水里，受到了水的浮力，就會被水推著向上移動，也就帶動整串球繞上下兩個輪子轉(zhuǎn)動。上面有一個球露出水面。下面就有一個球穿過容器底，補充進來。這樣的永動機也沒有制成，是不是因為要下面的球能夠通過容器底，而又不能讓水漏出來，制造起來技術(shù)上有困難呢？技術(shù)上的困難并不是主要問題，主要問題還是出在設(shè)計的原理上。當下面的球穿過容器底的時候，它和容器底一樣，要承受上面水的壓力，而且是因為在水的最下部，所以它受到的壓力很大。這個向下的壓力，就會抵消上面幾個球所受的浮力，這個水動機也就無法永動了。

此外，人們還提出過利用輪子的慣性，細管子的毛細作用，電磁力等獲得有效動力的種種永動機設(shè)計方案，但都無一例外地失敗了。其實，在所有的永動機設(shè)計中，我們總可以找出一個平衡位置來，在這個位置上，各個力恰好相互抵消掉，不再有任何推動力使它運動。所有永動機必然會在這個平衡位置上靜止下來，變成不動機。從哥特時代起，這類設(shè)計方案越來越多。17世紀和18世紀時期，人們又提出過各種永動機設(shè)計方案，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)明來掙錢的方案設(shè)計師。有學識的和無學識的人都相信永動機是可能的。這一任務(wù)像海市蜃樓一樣吸引著研究者們，但是，所有這些方案都無一例外的以失敗告終。他們長年累月地在原地打轉(zhuǎn)，創(chuàng)造不出任何成果。通過不斷的實踐和嘗試，人們逐漸認識到：任何機器對外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，機器是無法做功的。這時的一些著名科學家斯臺文、惠更斯等都開始認識到了用力學方法不可能制成永動機。

以上的只是一些永動機發(fā)明的例子，也有許多在在民間默默得研制永動機，但是，按照質(zhì)量守恒定律，永動機是無法被發(fā)明的。能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體。小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風能、核能等的利用，都是通過能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。所以按照目前的世界觀，永動機或許無法研制成功。