不可能实现的永动机论文参考文献

能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 只能从一种形式转化成另一种形式 或者从一个物体转移到另一个物体 在转化和转移过程中 能量的总和不变 这就是能量守恒定律了 所以第一类永动机是不能做出来的 而能量的转化和转移是有方向的 就像热量可以自发的由热的物体转移到冷的物体 但不能自发的由冷的物体转移到热的物体 而不引起其他的变化 所以第二类永动机也是不能做出来的 制造永动机梦想的破灭 永动机这个名词不是很恰当。如飞轮之类，一旦开始运动，若无磨擦阻力作用，是可以永久继续运动下去的，这在实际上虽然不易实现，但是在道理上说得通，可以看作一种实际的极限情况。所谓永动机并不是指这种情况，不是试图去保持永恒的运动，而是期望在没有外界能源供给，即不消耗任何燃料和动力的情况下，源源不断地得到有用的功。如果这种永动机真的能够制成，那么就可以不使用任何自然能源无中生有地得到无限多的动力。在人们还没有掌握自然的基本规律时，这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人，他们付出了大量的智慧和劳动，追求这种梦想的实现。但是，没有任何一部永动机被实际地制造出来，也没有任何一个永动机的设计方案能受住科学的审查。 早期著名的一个永动机设计方案，是13世纪法国人亨内考提出的。亨内考设计的装置当时并不叫作永动机，而是按它特别吸引人的性质，把它叫做"魔轮"。他在一个轮子的边缘上等距地安装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球。无论轮子转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些。亨内考设想，右边更大的作用特别是甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，就会压使轮子按照箭头所示的方向永不停息地旋转下去，至少要转到轮轴磨坏时为止。但是，实际上轮子转动一两圈后就停了下来。 后来，文艺复兴时期意大利的达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了一个类似的装置，。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。 事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。 流水的落差可以推动水轮机对外提供动力，能否用流水来设计永动机呢？16世纪70年代，意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。他在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。 浮力也是设计永动机的一个好帮手。是一个著名的浮力永动机设计方案。一连串的球，绕在上下两个轮子上，可以像链条那样转动。右边的一些球放在一个盛满水的容器里。设计者认为，右边如果没有那个盛水的容器，左右两边的球数相等，链条是会平衡的。但是，现在右边这些球浸在水里，受到了水的浮力，就会被水推着向上移动，也就带动整串球绕上下两个轮子转动。上面有一个球露出水面。下面就有一个球穿过容器底，补充进来。 这样的永动机也没有制成，是不是因为要下面的球能够通过容器底，而又不能让水漏出来，制造起来技术上有困难呢？技术上的困难并不是主要问题，主要问题还是出在设计的原理上。当下面的球穿过容器底的时候，它和容器底一样，要承受上面水的压力，而且是因为在水的最下部，所以它受到的压力很大。这个向下的压力，就会抵消上面几个球所受的浮力，这个水动机也就无法永动了。 此外，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用，电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。其实，在所有的永动机设计中，我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好下互抵消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。 层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775的，法国科学院宣布"本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计"。这说明在当时科学界，已经从长期所积累的经验中，认识到制造永动机的企图是没有成功的希望的。 各种永动机设计方案的失败，制造永动机美好梦想的破灭，对于每一个寻找永动机的人是一个不小的打击。但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪，一些科学家从这一否定的结论中开始思考，提出这样一个问题：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。这方面的思考是能量转化和守恒原理建立的线索之一。德国著名物理学家和生理学家亥姆霍兹（H. Helmholtz，1821-1894）就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文中写道：“鉴于前人试验的失败，人们……不再询问‘我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动'，而是问道‘如果永恒的运动是不可能的，在各种自然力之间应该存在着什么样的关系？'” 19世纪中叶，能量转化和守恒原理得到了科学界的普遍承认。这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变。 还有另外一种非常美妙的幻想，它并不违反能量转化和守恒原理。假如能把空气或海水里的热能，通过一种巧妙的机器，全部转化成我们所需要的机械功，这可以成为取之不尽、用之不竭的能源。发明这种机器的想法，比起前面要凭空产生能量的想法聪明得多了。如果这种机器真能发明的话，还有另一好处，一方面我们可以把一种东西里面的热能取出来做功，同时还会使这种东西的温度降低。这样，我们可以在海洋上设置一些巨大的工厂，利用海水里的热能，来进行各种不同的工作，比如利用它来发电，一只轮船可以利用海水中的热量，不必烧煤或烧油，就能到世界各地去航行，这岂非美事！这可称作第二种永动机，也是不可能实现的，因为它和热力学第二定律相违背。 热力学第二定律是由无数次实践证明了的客观规律。它可以表述为：“从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响是不可能的。”这也就是说，热机不可能有100%的效率，它要在把从高温热源吸收的一部分热量变为有用功的同时，把另一部分热量放到低温热源。 追寻永动机的失败经历，可以给我们两点启示：首先，失败的经历也有积极的科学研究价值，永动机的种种设计方案的失败，引起了人们的反思，启发了能量转化和守恒的思想，成为能量转化和守恒原理建立的思考线索之一；其次，要依据科学规律办事。历史上追求永动机的人们，并不是因为他们没有一种良好的愿望，也不是他们缺乏刻苦钻研的精神，只是由于他们做的是违背客观规律的工作。在人们还没有认识能量传递和转化的规律之前，对那些寻求永动机的努力遭到的失败，我们只能感到遗憾，但是，如果在今天还有人去设计永动机，那他就是愚蠢的，是违反科学规律的，也是永远不会成功的。

在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。 直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。从科学上来说，永动机被认为是不可能的，在科学上讲不可能不是件好事，因为这会阻止进步，但在永动机的例子中，要让永动机在科学上实现，要破坏的物理定律太多了，以至于只要有一个确定的永动机出现，物理学就要全部重写的地步。 让永动机无法实现的科学原因主要有两个：热力学的第一定律（能量守恒）表明了在一个封闭的系统内，不会无缘无故地冒出新的能量来，而热力学的第二定律则表明 了任何系统内的熵只能增加，即在没有外界输入能源、能量的情况下，粒子最终都会慢慢停止，直到所有的粒子携带的能量相同 -- 没有能量差，自然就无法产生功了。依照上面两个定律，可以将永动机分成两类：第一类永动机：可以无中生有产生出能量。这种永动机违背了热力学第一定律，但可以无视第二定律，因为有个未知的能量源不停地产生能量差。 第二类永动机：可以将系统内渐趋平衡的能量差，重新拉开。如果拉开前和拉开后的总能量是一致的，那就没有违背热力学第一定律，但相对的，这样的永动机违背了第二定律。 “物质创生说”能否使第一类永动机死灰复燃第一类永动机似乎已被否定多年。因为，第一类永动机若是可能，能量守恒定律就不成立。然而，近年来，有人提出“物质创生说”，如果这种学说成立，能量守恒就会失去其在物理学乃至整个宇宙世界的不可动摇的地位，那么第一类永动机就可复活了。事实上，人类对能量问题的认识是逐渐深化的，最初，仅仅认识到同类能量可以互相转换例如，机械能中动能和势能的互相转换。以后，又认识到性质不同的能量间亦可互相转换，例如，相互摩擦可使杭械能部分转换为热能，机械能使电机转动从而转换为电能，电能转换为光能，化学电池把化学能转换为电能„„特别是Einstein在狭义相对论中提出质能关系E一材CZ(其中E为能量，C为光速，M为质量)后，把质量和能量的相互转化规律建立起来了，即把物质不灭定律和能量守恒定律统一为质能守恒，由此，众所周知的物质(实物)和能量(场)实际上是质能的两种存在形式，人类对核能的应用，原子弹、氢弹的爆炸成功，核电站的建立等无一不是基于此认识的，可以说，迄今为止，还未发现违反质能守恒定律的自然现象。近年来，在宇宙学的研究中，有些人提出了“物质创生说”。他们认为在大爆炸时刻形成了一个以辐射为主的时空，经过短暂的时刻后，在引力场作用下，辐射和物质(实物粒子)分离，于是，粒子和场就在大爆炸的瞬间产生了，物质由此而生。其实这是一种不正确的看法。笔者认为，即使将来有一天，我们能够证实物质确是在大爆炸的瞬间产生的，也无法证明大爆炸以前这些物质以什么样的形式存在。从Einstein的广义相对论的观点来看，大爆炸前的宇宙是时空的奇点(亦称白洞)，由时空反演而知，该奇点把光锥分为两个独立的部分，这是两个不同的世界。这两个独立的部分永远不可能交换任何信息，即大爆炸前的信息和大爆炸后的信息互相不能交换，因此，今天的人类就会有这样的误解，所有物质都是在大爆炸时刻“创生”出来的。事实上，把今天的宇宙和大爆炸前的宇宙作为一个整体来考虑，质能关系应该还是成立的，换言之，质能守恒仍然主宰着我们这个宇宙世界，因此，“物质创生说”是不成立的。第二类永动机能否实现其它能量可以转换为热能，可否将热能用某种方法集中起来，再转换为其它能量，即作完全的逆变换?这就是所谓第二类永动机的问题。显然，第二类永动机是不违反能量守恒定律的。然而，它却违反了自然界的另一普遍规律，热力学第二定律，该定律是这样描述的(开尔文表述):不可能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而其它物体不发生任何变化。举例来说(如图1)，一隔板S将气缸分为A、B两部分，其中A有气体，B为真空。现把隔板S抽掉，则在很短的时间内，气体分子将分布于整个气缸(如图2)，所有气体分子重新回到原A部分的几率几乎为零。如果驱使所有气体分子回到A区中，就要消耗能量。总之，自然界的普遍规律就是这样，若无外界的干扰，封闭孤立系统内物理现象是从有序向无序方向变化，若要逆转，即从无序到有序，就不得不向原封闭系统输入能量。当然理论上也有可逆性的能量转换，如理想的机械能的转换，但是，自然界中，能量的转换无一例外的都伴随或多或少的热现象，可逆性的非耗散系统的能量转换是不存在的，在机械能的转换过程中，由于摩擦而生热，通电导体发出热量„„，简言之，在能量的转换过程中不可避免的发生了其它的能量转变为热能，热现象的出现标志着该过程向嫡增加的方向运动，因此，能量的转换具有单方向性，而无可逆性，即“嫡增加原理。”所以说，第二类永动机不可能制成，除非热力学第二定律被推翻。基于此因，有人提出，在定义时间的正方向时，可以采用孤立系统内热力学的嫡增加方向来描述。总结各种永动机设计方案的失败，制造永动机美好梦想的破灭，对于每一个寻找永动机的人是一个不小的打击。但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪，一些科学家从这一否定的结论中开始思考，提出这样一个问题：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。这方面的思考是能量转化和守恒原理建立的线索之一。德国著名物理学家和生理学家亥姆赫兹（H. Helmholtz，1821—1894）就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文中写道：“鉴于前人试验的失败，人们不再询问我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动，而是问道如果永恒的运动是不可能的，在各种自然力之间应该存在着什么样的关系？

科学家经过很多年研究都不行 后来就公布说谁若再有制造永动机的设计方案绝对不去理睬他了！！！！！！！！！！！！ 永动机重现江湖 2004年12月09日 11:59 中国青年报 《光明日报》在12月2日头版正中央位置登出一则报道“无偏二极管有望开辟新的能源出路”，声称中国科学院生物物理研究所研究员徐业林发明的无偏二极管在不需要外加任何能源的条件下，只要环境温度高于负273℃，该器件就能奇迹般地输出直流电流，是一种取之不尽、完全没有污染的新型能源。 实际上这是一则旧闻，早在2000年3月29日，同一家报纸、同一名记者便以“巧用环 境中能量不需光照能发电的二极管制成”为题，详细地报道过了这个“发明”。检索文献可知，实际上徐业林宣布制成这种神奇的“无偏二极管”已近20年的历史。1986年，他在《潜科学杂志》首次宣布实现这项发明，1988年更是由科学出版社出版了一本专著《从单一室温环境获得能量的实验与研究》，专门介绍此项发明。 这项据称已获得多国专利的发明的原理很简单，据称“无偏二极管”从环境吸收热量后，半导体中的电子能自发形成电流，电流流过负载电阻，电阻发热，热量散发到环境中，通过环境再还给二极管，如此形成循环，二极管便可依靠从环境中吸收热量而持续输出能量。 徐研究员声称他的这项发明是利用所谓“内能”，既不违反热力学第一定律(能量守恒定律)也不违反热力学第二定律，不是永动机，而是像自然界中的水———空气循环那样“巧用循环”。水———空气循环之所以能够实现，是因为有太阳能补充能量，与徐研究员的“巧用循环”并不是一回事。“无偏二极管”如徐研究员的专著名称所表明的，是要“从单一室温环境获得能量”，而热力学第二定律已指出，自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，要从单一和均匀的热源(例如海洋、大气层)吸取能量实现循环是不可能的。所以这个“无偏二极管”实际上就是违反热力学第二定律的第二类永动机(违背能量守恒定律的永动机称为第一类永动机)。 也有人公然打着永动机的招牌行，而且颇为成功。今年年初我们曾经揭露过一位自称是“新加坡籍华人”、“博士、院士、专家委员”，名为“梁星人”的人，他声称建成了“宇宙引力能永动机”，而且还在海南省建了一家“海南星人永动机发电厂有限公司”，正在生产用该永动机装备的车辆。被揭露后，该人沉寂了一段时间，但是最近又开始活跃起来。他组建的“环保(永动机)高科技发展有限公司”给媒体发去邀请书，邀请记者出席将于12月27日在珠海度假村举办的“永动机问世全球性新闻发布会”。据报道有人曾被这个永动车项目去300多万元。著名的河南临颍南街村为了搞永动机项目，共投资2000多万元，最后全打了水漂，其党委书记后悔莫及，说是他在南街干了30多年犯下的最大的错误。 自古以来，鼓吹永动机的无非两类人，一类是无知(不懂物理学定律)或偏执(不承认物理学定律)的空想家，一类是投资的。对第一类人我们可以同情他们，对第二类人司法机关则应该侦查、惩处(据报道公安部门已介入调查梁星人事件)。凡是自称已研制出永动机并到处推销拉投资的人，肯定是百分之百的。不过，虽然徐研究员早在2000年就“热切盼望得到企业界的支持”，鉴于他承认“无偏二极管”还不实用，与梁星人一伙人还是有很大的区别的，我宁愿把他归入空想家一类。 永动机不可能存在，这已是科学常识，我们还能在报刊上不时见到这类“新闻”，我想有两个原因：一是拿人报酬替人宣传的有偿新闻，一是记者科学素质不高。我猜测《光明日报》的报道应该属于第二种，因为有别的记者在看了这则报道后说，如果他收到这样的新闻稿，也会当成重大科技成果加以报道。 没有学过大学物理的人不了解热力学第二定律，因此第二类永动机不容易识破，普通记者受其蒙蔽，本也无可厚非。但既然自己没有辨别能力，为什么不向专家请教呢？只听发明者的一面之辞就急急忙忙地发表出来，不仅仅说明记者、编辑的科学素质不高，新闻素质恐怕也成问题。 链接 “热力学第二定律”有三种表述，其中第二种表述为：任何热力循环发动机不可能将所接受的热量全部转变为机械功(即不可能制造第二类永动机)。 新浪科技24小时热门新闻排行 永动机存在及其存在的条件 李玉海 永动机是伪科学之首,是吗？ 大海不是在一直在运动吗？星球不是在一直运动吗？ 他们不是永动机吗？ 我们不是每天都在说，运动是绝对的吗？ 我们能不能制造出永动机？ 永动机违背能量守恒吗？ 我给你细说。 一、能量守恒是在一个孤立系统内成立。如果系统是开放的，就有能量交换，这个系统的能量就不守恒，除非能量输出=能量输入。 我还是拿大海的运动来说。这里有一些理想的假设。 假如大海的潮汐运动的能量全部由于摩擦转化为热能，于是热能全部做功，加热气流并推动气流带着一定的水分上升，水分升到寒冷的上空，又冷凝变成了雨，汇成小溪、大河，又回到了海洋，从高处流下的水的势能又全部变成了大海的动能，使大海洋产生往复运动。（当然我们也知道，海洋的大潮汐是由月亮的运动引起的，但也要注意，月亮的能量（假设）并没有损失，运动依旧。） 那么在这个运动系统里，动能先全部变成了热能，然后又…能量一直守恒。 现在我们在这个循环系统中加入一个发电机，再假设我们把海洋的动能先全部变成电能（就是潮汐发电），然后再全部转变成热能，然后再加热气流并推动气流带着一定的水分上升……能量也一直守恒。 这样我们不是一直有电了吗？（电机就变成了永动机了，如果你还没有理解，那么包括发电机在内的这个系统就是永动机了，电机这是这个系统的一部分） 所以，永动机存在的一个必要条件就是在这个系统内的能量运动转化必须有一个循环回路，而且能耗为0！ 如果没有一个闭合循环回路就很难完成上面的运动，就不是永动机了。 反对者也许会说，你这个系统是不是太小了，那我们可以放大这个系统，把太阳系加进来、把银河系加进来，只要能形成能量稳定运动的循环回路！它就是永动机！ 如果反对的朋友继续说：我要你把系统变得无限大！大到无边无际的宇宙！ 这样，话题就稍远了，因为这要提到许多朋友不熟悉的两个概念：“熵”和“热寂”；当然还有一个“熵增（加）原理”了。 所谓的“熵”就是不能再做功的能量，就是说这个能量“不在了”、损失掉了。因为永动机如果有能量损失，那它必定不是“永动”的！ 那么在宇宙这个“大运动机”里，不断有能量损失，于是星球开始向宇宙“四周”运动，出现星球向外膨胀（现在也有不完全证据表明宇宙在膨胀），到最后，宇宙被撕裂，失掉了所有的（热）能量，变得黑暗、阴冷，停止了一切运动，这就进入了所谓的“热寂”状态。 我们面对的宇宙能这样无情地走向末日吗？ 大家读到这也许已经意识到：永动机已经不是一个机械装置的问题了，而是一个宇宙观、运动观的问题了。 我用了十几万字写了《能量学与哲学》，在这里只能简略地表达以下的内容： 进入了所谓的“热寂”状态的条件必须同时满足这两个条件： 1. 宇宙无限无限大；这点也许是可以成立的。 2. 宇宙无限膨胀时，物体必须会相互失去吸引力；否则，物体就不会相互挣脱，无限膨胀下去。 条件2显然是不成立的，因为违背了“万有引力”！同时物质还会产生“凝聚”（参阅“凝聚”文章）。 所以，宇宙进入“热寂”状态是不可能的！逆推回去，那么永动机是存在的！只是我们现在的技术、思想水平还不能达到那个境界。 上面的推导不知道有没有不妥的地方，请朋友指导。 其实，这样的例子很多，比如拿风摆杨柳来说,当杨柳从运动状态变为静止状态时,能量哪里去了?能量是进入到另一个系统了,能量并没有消失；当能量再次回来时,杨柳就又会摆动,在一个大系统里，杨柳不是永动机吗?（但要注意运动的周期了）如果能量不能回来，杨柳就进入“死寂”状态了。 我认为，看事情不要像井底之蛙那样，要有大的胸怀，才能有大的思想，大的抱负，大的智慧。 如果反对的朋友说我是在狡辩，那我们说的可能就不是同一种永动机了，你也许说的是“人不吃饭（吸收能量）就要饿死”的那种最最简单的永动机，这是一种割裂了系统联系、孤立地去看待问题，对于这种永动机装置，根本就没有必要讨论。 还有一些朋友反对的原因是总认为能量是一去不复返的单向运动（热力学第二定律），那么这些朋友不妨看看耗散结构理论，或者看看“能耗最小原理”。 致谢：感谢朋友的指点 制造永动机梦想的破灭 永动机这个名词不是很恰当。如飞轮之类，一旦开始运动，若无磨擦阻力作用，是可以永久继续运动下去的，这在实际上虽然不易实现，但是在道理上说得通，可以看作一种实际的极限情况。所谓永动机并不是指这种情况，不是试图去保持永恒的运动，而是期望在没有外界能源供给，即不消耗任何燃料和动力的情况下，源源不断地得到有用的功。如果这种永动机真的能够制成，那么就可以不使用任何自然能源无中生有地得到无限多的动力。在人们还没有掌握自然的基本规律时，这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人，他们付出了大量的智慧和劳动，追求这种梦想的实现。但是，没有任何一部永动机被实际地制造出来，也没有任何一个永动机的设计方案能受住科学的审查。 早期著名的一个永动机设计方案，是13世纪法国人亨内考提出的。亨内考设计的装置当时并不叫作永动机，而是按它特别吸引人的性质，把它叫做"魔轮"。他在一个轮子的边缘上等距地安装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球。无论轮子转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些。亨内考设想，右边更大的作用特别是甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，就会压使轮子按照箭头所示的方向永不停息地旋转下去，至少要转到轮轴磨坏时为止。但是，实际上轮子转动一两圈后就停了下来。 后来，文艺复兴时期意大利的达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了一个类似的装置，。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。 事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。 流水的落差可以推动水轮机对外提供动力，能否用流水来设计永动机呢？16世纪70年代，意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。他在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。 浮力也是设计永动机的一个好帮手。是一个著名的浮力永动机设计方案。一连串的球，绕在上下两个轮子上，可以像链条那样转动。右边的一些球放在一个盛满水的容器里。设计者认为，右边如果没有那个盛水的容器，左右两边的球数相等，链条是会平衡的。但是，现在右边这些球浸在水里，受到了水的浮力，就会被水推着向上移动，也就带动整串球绕上下两个轮子转动。上面有一个球露出水面。下面就有一个球穿过容器底，补充进来。 这样的永动机也没有制成，是不是因为要下面的球能够通过容器底，而又不能让水漏出来，制造起来技术上有困难呢？技术上的困难并不是主要问题，主要问题还是出在设计的原理上。当下面的球穿过容器底的时候，它和容器底一样，要承受上面水的压力，而且是因为在水的最下部，所以它受到的压力很大。这个向下的压力，就会抵消上面几个球所受的浮力，这个水动机也就无法永动了。 此外，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用，电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。其实，在所有的永动机设计中，我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好下互抵消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。 层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775的，法国科学院宣布"本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计"。这说明在当时科学界，已经从长期所积累的经验中，认识到制造永动机的企图是没有成功的希望的。 各种永动机设计方案的失败，制造永动机美好梦想的破灭，对于每一个寻找永动机的人是一个不小的打击。但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪，一些科学家从这一否定的结论中开始思考，提出这样一个问题：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。这方面的思考是能量转化和守恒原理建立的线索之一。德国著名物理学家和生理学家亥姆霍兹（H. Helmholtz，1821-1894）就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文中写道：“鉴于前人试验的失败，人们……不再询问‘我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动'，而是问道‘如果永恒的运动是不可能的，在各种自然力之间应该存在着什么样的关系？'” 19世纪中叶，能量转化和守恒原理得到了科学界的普遍承认。这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变。 还有另外一种非常美妙的幻想，它并不违反能量转化和守恒原理。假如能把空气或海水里的热能，通过一种巧妙的机器，全部转化成我们所需要的机械功，这可以成为取之不尽、用之不竭的能源。发明这种机器的想法，比起前面要凭空产生能量的想法聪明得多了。如果这种机器真能发明的话，还有另一好处，一方面我们可以把一种东西里面的热能取出来做功，同时还会使这种东西的温度降低。这样，我们可以在海洋上设置一些巨大的工厂，利用海水里的热能，来进行各种不同的工作，比如利用它来发电，一只轮船可以利用海水中的热量，不必烧煤或烧油，就能到世界各地去航行，这岂非美事！这可称作第二种永动机，也是不可能实现的，因为它和热力学第二定律相违背。 热力学第二定律是由无数次实践证明了的客观规律。它可以表述为：“从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响是不可能的。”这也就是说，热机不可能有100%的效率，它要在把从高温热源吸收的一部分热量变为有用功的同时，把另一部分热量放到低温热源。 追寻永动机的失败经历，可以给我们两点启示：首先，失败的经历也有积极的科学研究价值，永动机的种种设计方案的失败，引起了人们的反思，启发了能量转化和守恒的思想，成为能量转化和守恒原理建立的思考线索之一；其次，要依据科学规律办事。历史上追求永动机的人们，并不是因为他们没有一种良好的愿望，也不是他们缺乏刻苦钻研的精神，只是由于他们做的是违背客观规律的工作。在人们还没有认识能量传递和转化的规律之前，对那些寻求永动机的努力遭到的失败，我们只能感到遗憾，但是，如果在今天还有人去设计永动机，那他就是愚蠢的，是违反科学规律的，也是永远不会成功的。

历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。历史上，人们提出了很多种永动机的制作方案，如本页的插图所示。虽然人们经过多种尝试，做了多种努力，但永动机无一例外的归于失败。人们把这种不消耗能量的机器叫做第一类永动机。能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有的制造能量，因此第一类永动机是不可能造出来的。能不能制造完全将不同种形式互相转化而无损失的热机呢？这种热机无冷凝器，只有单一的热源，它从这个单一的热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化。不能！人们把这种想象中的热机称为第二类永动机。它虽然不违反质量守恒定律，但因为机械能和内能的转化具有方向性，它也不可能实现。参考

人类为什么无法制造永动机，它在宇宙中是不存在的！