永動機

　　不可能實現的、空想的動力機械。各種永動機的設想，並不是試圖去保持永恆的運動，而是期望在沒有外界能源或隻有單一熱源的情況下，連續不斷地從永動機得到有用的功。若幹世紀以來，許多具有傑出創造才能的人，為實現這種夢想付出瞭大量的勞動。但是，實際上從來沒有能夠製造出任何一部永動機，也沒有任何一部永動機的設計能夠成功地經受住科學的審查。

　　第一類永動機　不需要消耗任何燃料和動力，而能源源源不斷地對外作功的理想動力機械。如果能夠制成這類永動機，那麼就不需要任何自然能源(煤炭、石油、天然氣等)，而可以無中生有地得到無限多的動力。許多世紀以來，永動機的追求者們所提出的種種設計方案，大多屬於這一類。早期最著名的一個設計方案，是13世紀法國人V.de奧恩庫爾提出來的。他在一個輪子的邊緣上等距離地安裝瞭12根活動的短桿(圖1)， 每根短桿頭上套著一個重錘。他設想當輪子被啟動後，由於輪子右邊的各個重錘距輪心更遠些，就會壓使輪子按箭頭方向永不停息地轉動下去。這個設計後來又被許多人以不同的形式加以復制，但從來未能實現不停息的轉動。後來，意大利的達·芬奇也制造瞭一個類似的裝置（圖2），利用格板的特殊形狀，使一邊重球滾到比另一邊的距離輪心遠些的地方。本以為在兩邊重球的作用下會使輪子失去平衡而轉動不息，但試驗的結果卻是否定的。達·芬奇敏銳地由此得出結論：永動機是不可能實現的。

　　16世紀70年代，意大利出現瞭這樣一個永動機設計：用一個螺旋汲水器(圖3)把水從蓄水池裡汲到上面的水槽裡，讓它沖擊水輪使之轉動，輪子在帶動水磨或磨刀石的同時，又通過一組齒輪帶動螺旋汲水器把水重新提到水槽裡去。這樣，整個系統就可以永不停息地運轉下去。這個設計同樣失敗瞭。因為即使各個轉動部分沒有受到摩擦阻力的作用，從水槽中流下的水的沖力，也不足以既帶動水磨或磨刀石工作，又帶動汲水器把全部流下的水重新汲到上面。

　　此外，人們還提出過利用輪子的慣性、水的浮力、細管子的毛細作用、帶電體間的電力和天然磁鐵的磁力等以獲得永恒運動的種種永動機方案，但都無一例外地失敗瞭。以致法國科學院在1775年針對愈來愈多地投送審查的設計方案鄭重聲明：“本科學院以後不再審查有關永動機的任何設計。”

　　第一類永動機必然失敗的根本原因是它違反瞭熱力學第一定律，即能量守恒與轉換定律。系統對外界作功時需消耗系統本身的能量，所有第一類永動機的設想，都是企圖在不消耗能量的情況下無中生有地得到有用的功，這自然是不可能實現的。

　　第二類永動機　在沒有溫度差的情況下，從某一單一熱源不斷地吸取熱量，把它完全變成有用功的理想動力機械。這類永動機如果能夠制成，那麼就可以將某些巨大的物質系統(如大地、海水、空氣)作為熱源，從中源源不斷地獲得有用的功，這實際上也是一種永遠消耗不盡的能源。1880年，在華盛頓工作的J.加姆吉曾進行瞭這一嘗試。他設計瞭一個類似於蒸汽機的熱機，因為它的正常運轉溫度是 0℃，所以被稱為“冰點發動機”，這個發動機用沸點為－33℃的氨做工作物質。加姆吉設想，液態氨在低溫下會從周圍環境吸取熱量汽化為氣體，而在0℃時就以很大的壓力推動活塞運動對外作功，氣態氨又因膨脹冷卻而凝結為液態，於是循環重新開始。但是，加姆吉沒有考慮到，如果要使氨由氣態再凝結為液態，就必須使冷凝器和貯存液態氨的容器保持低於－33℃的溫度，而這樣做消耗的能量卻比“冰點發動機”所能提供的能量更多。

　　從能量的觀點看來，第二類永動機並不違反熱力學第一定律；它之所以不可能實現，是因為違反瞭熱力學第二定律。熱力學第二定律斷定，任何循環工作的熱機都不可能把從單一熱源所吸取的熱量全部轉變為有用功。所以，第二類永動機也是不能實現的。

　　熱力學第一、第二定律的確立，對於永動機的不可能實現，作出瞭科學上的最後判決，使得人們走出幻想的境界，不斷地去探求實現各種能量形式相互轉換的具體條件，以求最有效地利用自然界所能提供的各種各樣的能源。