话说世界系列：不竭的动能 | 永动机的梦想

本文已经获得话说世界公号授权发布

本内容由人民出版社出版《话说世界》20卷丛书

机器和能源是工业时代的两大标志，机器的运转需要依靠能源提供动力。

但是自从机器诞生以来，人类就梦想能够有一种不需要外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械，这就是所谓的“永动机”。

永动机梦想历史悠久

据传说，永动机的想法起源于印度，后经过伊斯兰教世界传到了西方。

在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是13世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。

后来文艺复兴时期意大利的达•芬奇也设计过类似的永动机模型，但是这类试图打破杠杆平衡原理的设计都没有获得成功。

从哥特时代起，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的。

欧洲宫廷里曾经聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师，甚至大量的骗子也混迹其中。

但是所有这些方案都无一例外的以失败告终。

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，各个力恰好相互抵消掉，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。

通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到：任何机器对外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，机器是无法做功的。

这时的一些著名科学家已经开始认识到了用力学方法不可能制成永动机。

列奥纳多·达·芬奇制订计划和建成了主流社会数百年都不会去构想的机器。列奥纳多·达·芬奇为研制乐器、液压泵、可反转的曲柄机制、有鳍的迫击炮弹和蒸汽大炮制订了详细计划。他甚至试图发明飞行器，这个飞行器与20世纪的最终设计图有众多相似之处。

永动机为什么无法“永动”

19世纪中叶，热力学第一定律、伟大的能量守恒定律被发现了。

人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。

所以，不消耗能量而能永远对外做功的“第一类永动机”是违反能量守恒定律的。

在制造第一类永动机的梦想破灭后，一些人又梦想制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便。

比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。

由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。

然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出了热力学第二定律。

物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。这样，第二类永动机的想法也破灭了。

1861年，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《17、18世纪的永动机》的书，告诫人们，切勿妄想从永恒运动的赐予中获取名声和好运。

1775年，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”。

1917年美国专利局也决定不再受理永动机专利的申请。现在美国专利及商标局也严禁将专利证书授予永动机类申请。

开尔文是热力学理论的主要奠基者之一。1851年，他提出热力学第二定律：“不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。”这是公认的热力学第二定律的标准说法。并且指出，如果此定律不成立，就必须承认可以有一种永动机，它借助于使海水或土壤冷却而无限制地得到机械功，即所谓的第二种永动机。他以热力学第二定律断言，能量耗散是普遍的趋势。

小专题：中国著名的永动机骗局

中国哈尔滨人王洪成曾在1984年提出一个永动机方案，他利用自己设计的永动机驱动自家的洗衣机、电扇等装置运转。

不久骗局被揭穿，其实他制作的永动机模型是用隐藏的钮扣电池驱动的一个电动马达，而供应洗衣机、电扇运转的则是暗藏在地下的电线。

1998年，王洪成提出自发电机的设计，据称可以利用大功率蓄电池带动所谓具备回充电功能的直流发电机。

后经多次试验失败后再无下文，同年他的另一个骗局“水变油”被揭穿，此人也因此锒铛入狱。

这是雅科夫· 伊西达洛维奇·别莱利曼的《趣味物理》中的一幅插图，描绘的是一架所谓的“自动永动机”