永动机为什么不能实现,永动机的工作原理及其设计示例

永动机是什么实现的(永动机的工作原理及其设计示例)(图1)

  永动机的想法最早起源于印度。公元1200年前后,这一设想传入伊斯兰教世界,并从那里传到了西方。从此,永动机一直激发着全世界科学家、发明家及爱好者的创造力。

  事到如今,很多人依然对它非常痴迷。这一切都要归功于它是一种不需要外界输入能量或者只需要一个初始能量就可以永远做功的机器——永动机。如果这个设想变成现实的话,将给人类带来很多巨大的好处。

  然而,重要的是我们应该意识到永动机并不是大多数人想象的那样,很多人并不清楚这背后到底有什么意义。在人们的想象中,永动机是一种机械装置,它可以不停地自动运转,帮助人类做一些简单而有意义的事情。

  嗯,事情显然没那么简单,如果永动机可以制造出来的话,那么它一定是一个更高级的颠覆性的东西。因为从现有的物理定律来看,它违反能量守恒定律和热力学定律。

  什么是永动机说到永动机,所有的基本定义都是一个想象中的机械装置,它可以无限期地运行。最重要的是,它的工作效率必须超过 100%。换句话说,它工作时释放的能量必须大于它工作时所消耗的能量。这是第一类永动机概念。

  还有第二类永动机概念。这种机制是从高温热库(例如锅炉)吸取热量后并将其完全转化为工作能量。根据定义,这种类型的永动机是不可能的,因为它与热力学第一定律和热力学第二定律相矛盾,且机械能与内能的转化具有方向性:机械能可以转化内能,但内能却不能全部转化为机械能。

  顺便说一个故事,英国科学家焦耳也曾被永动机这一“奇妙”的发明所吸引,并为此做了一二十年的实验,但最后他留给后世的并不是永动机,而是证明永动机不可能的“热功当量定律”,这应该算是研究永动机得到的最有价值的意外收获。

  这家伙运转了大约136亿年,但也不能算“永动机”系统

  在某种程度上,宇宙似乎是一个永动机系统,但事实并非如此。太阳迟早会熄灭,而在太空中运转的其他行星、卫星、恒星甚至星系由于其他天体的吸引、热辐射或引力波的作用,它们的动能终将逐渐消散。

  在太空中,这种现象几乎是察觉不到的,因为天体之间的距离和自身的体积都是非常巨大的,但仍然会有能量在不断地损失。简单地说,如果给地球无限的旋转时间,那么它迟早会停止的。

  在实际生活中,如果给发动机无限的运转时间,它迟早都会停止运转。因此,要保持发动机永远运转,其产生的能量必须大于消耗的能量,即使其产生的能量比输入的能量多出微不足道的千分之一,它都能够为自己提供足够的“燃料”而永不停止的运转,但现有物理定律诉我们,这是完全不可能的。

  永动机的制作方法世界上已经有无数人在尝试制造永动机,并提出了各种各样的设计方案,但最终都没有取得成功。

  第一台永动机概念

  众所周知,人类的探索脚步从未曾停止过。在任何行业都有勇敢的创新者,他们即使面对困难和质疑也敢于大胆地提出新的概念和方向,这可能就是人类不断进步的原始动力吧。

  印度数学家巴斯卡拉(Bhaskara)是“永动机制造”的先驱者。在他的手稿中首次提到了永动机,这些手稿可以追溯到十二世纪。

  这就是第一台永动机的概念。

  在这些手稿中,数学家描述了一种机制,该机制将装有水银或其他液体的管子放置在轮子的圆周上,让液体在管子内自由流动来驱动轮子运转。由于轮子一侧的液体总是远离其中心,因此该设计看起来似乎很有希望。

  实际上,这样的装置是行不通的。因为轮子在运转过程中,每个管子及液体的不同位置最终会平衡系统,直到轮子停止旋转。

  Bhaskar 永动机的变体之一

  巴斯卡拉(Bhaskara)的追随者建议使用自由滚动的钢珠通过改变其位置来驱动这个装置而不是用液体。当然,这些项目也没有取得成功,而随着时间的推移,永动机的最初想法开始被其他想法所取代。

  阿基米德永动机概念

  事实上,阿基米德本人并没有发明和制作任何永动机,但他却发现并制定了一项原理:浸在流体内的物体会受到流体竖直向上托起的作用力。没错,它就是浮力。每个曾经将球、浮漂或其他充气物体扔到水中的人都熟悉这条定律,它在人们的日常生活中随处可见。

  根据该原理,创造者们对永动机又有了新的概念和设想。因为比水还轻的东西被水垂直向上托起来,所以浮力原理也被他们拿来制作永动机系统。制作方式如下:将球放入系统中,使其浮出水面并旋转发动机。

“永动机”的工作原理及其设计示例

  阿基米德浮力概念永动机

  问题是,在这个封闭系统中,球必须循环往复地进入水箱中,这需要的能量大于浮出水面的能量。通俗一点说:就是球进入水箱的阻力比浮力大,所以该系统几乎会立即达到能量平衡并停止运转。

  磁力永动机概念

  磁力永动机的设计概念,咋一看,系统结构简单又巧妙,似乎是一个可行的方案,但事实上也是行不通的。因为一块磁铁(即使是最好的磁铁)不可能无限地提供能量,它的磁力会随着时间的推移而不断减弱,最终会彻底消失。

  随着钕磁铁的出现,痴迷于永动机的发明者又用了全新的想法,他们试图用钕磁铁制造一个全新的永动机系统。其中,有个叫迈克尔·布雷迪的永动机爱好者甚至制造了一个引擎系统并申请了专利,但它并不是一个真正永恒的引擎系统。

“永动机”的工作原理及其设计示例

  磁力永动机概念

  这个概念的关键是,磁铁吸引旋转轮上的反应部件,使系统运转。虽然设计简单明了,但即使不考虑摩擦损失并将系统置于真空中,发动机仍然不会永远持续运转,因为磁铁会随着时间的推移而失去其特性。

  平衡式永动机概念

  永动机的另一个概念版本涉及使用偏置系统。在这个系统中,悬挂在链条上的物体必须牵引整个结构运转。

  平衡式永动机概念

  这种构造是由荷兰数学家西蒙·史蒂文 (Simon Stevin) 提出的:将14 个球串联成一个闭环链子,且必须使它穿过三棱柱。根据这个想法,三棱柱长边一侧有4个球而短边一侧有2个球,它们会拉动整个系统运转。在这种情况下,理论上在下方悬挂的球不参与该过程,它们是平衡的,不应干扰三棱柱上链子的运转。

  这看起来很棒也很合乎逻辑,但由于系统长边一侧的坡度更小,因此这一侧球的重力分量会更少。结果可想而知,最终系统将达到能量平衡而停止运转。

  后来,史蒂文还研究了滑轮组的平衡和流体静力学的问题。在《静力学原理》一书中,使用了平行四边形定则,提出了永动机不可能原理。

  这并不是永动机,只是一个玩具,因为动能会丢失。

  为什么不可能制造永动机一方面,从人类当前的理论来看:创造永动机是不可能的。因为它违反了几个世纪以来人类制定和测试通过的许多物理定律。系统运动产生的能量不可能超过系统运动所消耗的能量。

  如果是这样呢?非常有意思的设想

  但另一方面,许多以前被认为是不可能的事情,后来都变成了现实。谁知道呢?

  如果人类还没有能够发现过去科学家制定的理论中的根本性错误怎么办?亦或是有新的颠覆性的科学理论发现呢?

  例如:物理学家发现了自然的第五种力量,它将给人类带来什么?

  例如:物理学家首次发现光子转化为物质

  例如:在宇宙中,物质比反物质多的奥秘即将揭晓

  等等,毕竟一切事物都是在不断发展变化的。

  总之,如果朋友们想亲自动手试试制作一个“永动机”,那就大胆地试试吧!在科学探索的道路上,没有注定谁是一定会成功的。如果朋友们不想这样做,但可以在文章的评论区分享自己的想法。

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