永动机的破灭与能量转化与守恒定律的确立

1、永动机的破灭与能量转化与守恒定律的确立守恒思想不仅有着深远的理论意义，也有着重要的实践意义，许多理论固然要受守恒思想指导，技术上许多新的发明、新的设计，同样得益于守恒思想的启迪，尤其是当19世纪能的转化和守恒定律确定以后，首先要检验它们的转化和守恒定律是否相符，回顾一下物理学和技术史上曾名噪一时的永动机的设计，也许会有更深的体会。如果能设计一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却可以不停地运转，不知疲倦地为人类服务，那该多好啊！历史上不少有杰出创造才能的人，曾经为了实现这一美好的愿望设计永动机而付出了许多的劳动。早期一个很著名的永动机设计方案，在13世纪一个名叫亨内考的法国人提出来的，他在一个轮子

2、的边缘等距地安装12根活杆，杆端装以重锤（图1）。他设想，当轮子转动起来后，由于右侧的重锤距轮心更远些，就会驱使轮子永不停息地沿着顺时针方向转动下去，至少要转到轮轴磨坏时为止，但实际上轮子仅转动了12圈后就停下来了。 图1亨内考的永动机 图2马尔基斯的永动机 17世纪，英国的一个被关在伦敦塔下的名叫马尔基斯的犯人，做了一台转轮永动机（图2）。转轮的直径约4.3米，有40个质量均为23千克的重球沿转轮辐条向外运动，轮流驱使转轮不断转动。据说他曾向英国国王查理一世表演过这一装置，国王见了十分高兴，就释放了他，其实这台机器由于有较大的自重，经推动后能依靠惯性维持一段时间，终究还是要停止转动的。也有人

3、设计了如图3所示的永动机，企图利用弹簧代替气缸里的蒸汽，利用弹力推动活塞永不停息地做功。但由于摩擦和机轴转动时所受的阻力，即使一开始用力使弹簧振动，它也会很快地停下来。 又有人设计了如图4所示的永动机，希望利用成串的浮桶在水里受到的总浮力使左侧浮桶向上运动时，带动轴转动使发电机转动发电，被称为“静水发电”，实际上，由于浮桶上升时所受水的摩擦力和轴转动时所受的阻力的影响，根本无法连续不停地运转。一个个巧妙的永动机的设计方案，都像美丽的肥皂泡一样很快地破灭了。然而，人们对永动机的设计热情依然很高，一些人依旧在编织着彩色的梦幻就在一些人热衷于制造永动机的同时，有些科学家已从一个个永动机设计方案的破灭

4、中开始觉醒。意大利著名科学家、艺术家达·芬奇（Leonardo da Vinci, 14521519）从自己早在15世纪制造过类似于马尔基永动机的失败中开始醒悟，认识到永动机的尝试注定要失败，达·芬奇劝告永动机的设计者们：“永恒运动的幻想家们！你们的探索是何等徒劳无功，还是去作淘金者吧！”法国科学院针对愈来愈多的投送审查永动机的设计方案，在1775年郑重地通过了一项决议，拒绝审理永动机，并且解释说：“永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力不致最终破坏原来的动力，这个动力也不能产生等于原因的效果；再如设想动力可以连续起作用，其效果在一定时间内也会是无限小。如果摩擦和

5、阻力减小，初始的运动往往得以继续，但它不能与其它物体作用，在这种假设（自然界不可能存在）中，惟一可能的永恒运动对实现永动机建造者的目的将毫无用处。这些研究的缺点是极度昂贵，不止毁了一个家庭；本来可以为公众提供大量服务的技师们，往往为此消费了他们的工具、时间和聪明才智。”达·芬奇的劝告、法国科学院的解释，虽然已教育了一批“永动机迷”，但似乎还是缺乏“法律根据”，未免显得苍白，直到19世纪关于能的转化和守恒思想的确立，才对永动机的设计作出了庄严的判决：任何不消耗能量不断对外做功的机器是不可能的，永动机的妄想永远不能实现！在能的转化和守恒思想确立以后，19世纪中叶，英国有一位工程师德尔克斯收集了大量资料，写成一本名为十七、十八世纪的永动机的书，他在序言中写道：“我将这部书奉献给公众，一方面这是一部有趣的、也许是忧伤的历史，另一方面这里提出了严重的警告：切勿妄想从永恒运动的赐予中获取名声和好运。”以后，虽然还有些人并不听从德尔克斯的金玉良言，还想“以身试法”继