关于永动机的历史

第五节　关于永动机的历史

永动机是指不可能实现的、空想的动力机械。在热力学第一、第二定律发现以前，永动机是一个非常热门的话题热力学第一第二定律发现后永动机就被从理论上封杀了。但直到今天，仍有人在试图制造永动机，因为永动机那似幻似真的前景实在是太迷人了。

各种永动机的设想，并不是试图去保持永恒的运动，而是期望在没有外界能源或只有单一热源的情况下，连续不断地得到有用的功。若干世纪以来，许多具有杰出创造才能的人，为实现这种梦想付出了大量的劳动。但是，实际上从来没有能够制造出任何一部永动机，也没有任何一部永动机的设计能够成功地经受住科学的审查。

永动机一般分为两类：第一类永动机和第二类永动机。

第一类永动机，是指不需要消耗任何燃烧和动力，而能源源不断地对外作功的理想机械。如果能制成这类永动机，那么就不需要任何自然能源（煤炭、石油、天然气等），而可以无中生有地得到无限多的动力。许多世纪以来，永动机的追求者们所提出的种种设计方案，大多属于这一类。

16世纪70年代，意大利出现了这样一个永动机设计：用一个螺旋汲水器把水从蓄水池里汲到上面的水槽里，让它冲击水轮使之转动，轮子在带动水磨或磨刀石的同时，又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。这样，整个系统就可以永不停息地运转下去。这个设计同样失败了。

此外，人们还提出过利用轮子的惯性、水的浮力、细管子的毛细作用、带电体问的电力和天然磁铁的磁力等以获得永恒运动的种种永动机方案，但都无一例外地失败了。以致法国科学院在1775年针对愈来愈多地投送审查的设计方案郑重声明：“本科学院以后不再审查有关永动机的任何设计。”

第一类永动机必然失败的根本原因是它违反了热力学第一定律，即能量守恒定律。其实热力学第一定律的一种表述就是第一类永动机是不可能实现的。系统对外界作功时需消耗系统本身的能量，所有第一类永动机的设想，都是企图在不消耗能量的情况下无中生有地得到有用的功，这自然是不可能实现的。

第二类永动机是指在没有温度差的情况下，从某一单一热源不断地吸取热量，把它完全变成有用功的理想动力机械，这类永动机如果能够制成，那么就可以将某些巨大的物质系统（如大地、海水、空气）作为热源，从中源源不断地获得有用的功，这实际上也是一种永远消耗不尽的能源。

1880年，美国人加姆吉曾进行了这一尝试。他设计了一个类似于蒸汽机的热机，因为它的正常运转温度为0℃，所以被称为“冰点发动机”，这个发动机用沸点为－33℃的氨做工作物质。加姆吉设想，液态氨在低温下会从周围环境吸取热量汽化为气体，而0℃时就以很大的压力推动活塞运动对外作功气态氨又因膨胀冷却而凝结为液态，于是循环重新开始。但是，加姆吉没有考虑到，如果要使氨由气态再凝结为液态，就必须使冷凝器和贮仟液态氨的容器保持低于33℃的温度，而这样做消耗的能量却比“冰点发动机”所能提供的能量更多。

从能量的观点看来，第二类永动机并不违反热力学第一定律；它之所以不可能实现，是因为违反了热力学第二定律。热力学第二定律断定，任何循环工作的热机都不可能把从单一热源所吸取的热量全部转变为有用功。所以，第二类永动机也是不可能实现的。

热力学第一、第二定律的确定，对于永动机的不可能实现，做出了科学上的最后判决，使得人们走出幻想的境界，不断地去探求实现各种能量形式相互转换的具体条件，以求最有效地利用自然界所能提供的各种各样的能源。