物化论文-论永动机

《物化论文-论永动机》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、从永动机中看热力【摘要】永动机是热力学史上人类走过的一条弯路，它的产生有它特定的历史条件。但失之东榆，收之桑隅，人类却因此而总结出了热力学上的两大定律，为研究热力学提供了依据，促进了科学的发展。本文综述了两类永动机的发展历史和受此影响研究出的两大热力学定律。【关键词】永动机热力学第一定律热力学第二定律永动机是指违反热力学基本定律的永不停止运动的机器。永动机的想法起源于印度，公元1200年前后，这种思想从印度传到伊斯兰世界，并从这里传到了西方。历史上，人们提出了很多种永动机的制作方案，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。历史上的永动机共有

2、两类，分别是第一类永动机和第二类永动机。第一类永动机定义：某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功，这叫“第一类永动机”。历史：早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如右图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着一个方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。仔细分析一下就会发现，虽然右边每个

3、球产生的力矩大，但是球的个数少。左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停止转动。后来，文艺复兴时期意大利的达芬奇也造了一个类似的装置，如右图所示，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·芬奇敏锐的由此得出结论：永动机是不可能实现的。3热力学发展初期，热和机械能的相互转化是人们研究的主题。在工业革命的推动下，工业上和运输上都相当广泛地使用蒸汽机。人们研究怎样消耗最少的燃料而获得尽可能多的机械能。甚至幻想制造一种机器，不需要外界

4、提供能量，却能不断地对外做功，这就是所谓的第一类永动机。为了解决这个问题，促使人们都去研究热和机械能之间的关系问题。迈尔第一个提出了能量守恒定律，而此定律得到了物理学界的确认，却是在焦耳的实验工作发表以后。焦耳实验表明，自然界的一切物质都具有能量，它可以有多种不同的形式，但通过适当的装置，能从一种形式转化为另一种形式，在相互转化中，能量的总数量不变。因而热力学第一定律的另一种表述为：“不可能制造出第一类永动机”。用公式表述热力学第一定律则为：ΔU=Q+W。能量守恒转换定律的建立，对制造永动机的幻想作了最后的判决。能量守恒定律的发现使人们认识到：任何一部机器，只能使

5、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。物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与物体对外界所做功的总和。因此根本不能制造出第一类永动机。第二类永动机定义：从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。历史：在热力学第一定律问世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出来的，于是有人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头。历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约翰·嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但是这一装置无法

6、持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热。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意外收获。1820年法国工程师卡诺设计了一种工作于两个热源之间的理想热机——卡诺热机，卡诺热机从理论上证明了热机的工作效率与两个热源的温差相关。31850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，

7、指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。不久，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功由此人们才清醒的意识到这两类永动机都是无法实现的，虽然在这中间有很多科学家怀着对科学无比执着的精神，用他们的青春与毕身的精力从事永动机的研究，但是他们的研究注定是要以失败告终的。然而在这研究中，他们也为热力学两大定律的发现作出了不

8、可磨灭的贡