人类设计的10永动机中，最后两个成功了吗？
永动机的研究和发展历史
从未成功的第一种永动机。
永动机的想法起源于印度，公元1200年？大约在永动机年前后，这个想法从印度传播到伊斯兰世界，又从这里传播到西方。在欧洲，早期最著名的永动机设计之一是由一个叫Hennecau的法国人在13世纪提出的。如图:车轮中央有一根转轴，车轮边缘装有12根活动短杆，每根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更远，所以右边的球产生的旋转力矩大于左边的球产生的旋转力矩。这样，轮子就会按照箭头所指的方向无休止地转动，带动机器转动。这个设计被很多人以不同的形式抄袭过，但从来没有被无休止的翻。仔细分析会发现，虽然右边每个球产生的扭矩大，球数少，左边每个球产生的扭矩小，但球数多。所以轮子不会继续旋转对外做功，只会摆动几下就停了。
后来呢？文艺复兴时期的意大利？莱昂纳多·达·V？永动机inci，1452-1519)也内置了类似的装置。他设计的时候认为右边的重球比左边的重球离车轮中心更远，车轮在两边不平衡的作用下会一直按箭头方向旋转，但实验结果是否定的。
达芬奇敏锐地断定永动机是不可能实现的。实际上，根据杠杆平衡原理，在上述两种设计中，虽然右边的每一个砝码都对车轮产生较大的旋转作用，但砝码的数量较少。精确的计算可以证明，总会有一个合适的位置，使左右两边的重物对车轮施加的反方向的旋转作用(扭矩)刚好相等，互相抵消，使车轮达到平衡，静止下来。
65438+70年代意大利的一个机械师？斯泰尔还提出了永动机的设计方案。Stell在设计中认为从上水箱流出的水冲击水车的转动，水车带动水车转动，同时通过一组齿轮带动螺杆泵将蓄水池中的水再次提升到上水箱。他认为整个装置可以继续这样运转，有效地工作。事实上，越来越少的水回流到水箱中，不久水箱中的水全部流入下面的水库，涡轮机停止运转。浮力也是设计永动机的好帮手。是著名的浮力永动机设计方案。一系列的球，缠绕在上下轮上，可以像链条一样旋转。右边的一些球放在一个装满水的容器里。设计者认为，如果右边没有盛水容器，左右两边的球数相等，链条就会平衡。而右边的这几个球是浸在水里的，当它们被水浮起时，就会被水向上推，带动整串球绕着上下两个轮子旋转。水面上有一个球。下面有一个球，穿过容器底部，被加入。这样的永远？永动机没有做出来，是因为技术上很难让下面的球穿过容器底部而不漏水吗？技术难度不是主要问题，是设计的原理问题。下面的球穿过容器底部时，承受着上面水的压力，就像容器底部一样，而且因为在水底，所以压力很大。这个向下的压力会抵消上面球的浮力，流体动力机器不会永远不动。
此外，人们还提出利用轮子的惯性来制造细管？毛细作用？各种能获得有效动力的永动机设计方案，如电磁力，无一例外都失败了。事实上，在所有永动机的设计中，我们总能找到一个平衡的位置，在这个位置上，力正好相互抵消，不再有任何驱动力让它运动。所有的永动机必然会停在这个平衡位置，变得没有动力。从哥特时代开始，这样的设计越来越多。在17世纪和18世纪期间，人们提出了各种永动机的设计，包括“螺旋水泵”、轮子的惯性、水的浮力或毛细作用、同性磁极间的排斥等。朝廷聚集了各种试图用这个虚无缥缈的发明赚钱的方案设计者。有学问的人和没受过教育的人都认为永动机是可能的。这项任务像海市蜃楼一样吸引着研究人员，但所有这些方案无一例外都以失败告终。他们在同一个地方转了好几年，也创造不出什么结果。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到，任何对外做功的机器都会消耗能量。机器不消耗能量就不能做功。这个时候一些著名的科学家？斯台文？惠更斯等人已经开始认识到，用机械方法制造永动机是不可能的。
19世纪中期，一系列科学工作者为正确认识热函数变换与其他物质运动形式之间的相互转化关系做出了巨大贡献，很快伟大的？能量守恒和转化定律已被发现。人们认识到自然界的一切物质都有能量，能量有各种形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，能量的总和在转化和转移过程中保持不变。能量守恒转化定律为辩证唯物主义提供了更准确、更丰富的科学依据。有力地打击了物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，彻底打破了永动机的梦想。在所有制造第一种永动机的尝试失败后，有人梦想制造另一种永动机，希望不违背？热力学第一定律，而且既经济又方便。比如这种热机可以直接从海洋或者大气中吸收热量，使之完全变成？机械工作。因为海洋和大气的能量是取之不尽用之不竭的，这种热机可以无休止地工作，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？开尔文在1851中提出了一个新的普遍原理:物质不可能从单一热源吸收热量，并在没有其他影响的情况下将其转化为有用功。这样，第二种永动机的想法也就破灭了。层出不穷的永动机设计方案，都是在科学的严格审查和实践的无情检验下失败的。1775年，法国科学院宣布“本科院校不再审查永动机的所有设计”。这说明当时科学界已经从长期积累的经验中认识到，试图制造永动机是没有成功希望的。永动机的思想在人类历史上延续了数百年，这种思想被驳倒，不仅有利于人们对科学的正确认识，也有利于人们对世界的正确认识。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为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。在转化和转移的过程中，能量之和不变，这就是能量守恒定律。所以第一种永动机造不出来。能量的转化和转移是有方向性的，就像热可以自发地从热的物体转移到冷的物体，但不能自发地从冷的物体转移到热的物体而不引起其他变化，所以第二类永动机是做不出来的。还有人认为，根据牛顿第一定律，一个物体可以在不受力的情况下，靠惯性做无休止的运动？匀速直线运动，想去外太空做实验。但当时的技术不允许这样，牛顿还提出了万有引力定律，即自然界中任何两个物体都相互吸引。所以这个物体会在很长一段时间后——或者只有几分钟——停下来，它不可能永远不动。
尽管很多人都很努力，但事实证明他们无一例外都失败了。永动机是一种幻想，永远不会成功，因为它违背了自然界最普遍的规律之一，即能量转化和守恒定律。著名科学家达芬奇早在15世纪就提出了永动机不可能的观点。他曾经设计过一种转轮，如图所示，在转轮边缘安装了一系列容器，容器中装有一些水银。他认为容器中水银的运动可能会使转轮永远转动，但经过仔细研究，他得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到，永动机的尝试注定要失败。他写道:“永恒运动的幻想家！你的探索是多么徒劳！还是？永动机去当掘金者！”然而，在15世纪之后的几百年里，制造永动机的活动从未停止过。
例如，在17世纪，有一个名叫马尔基斯的囚犯被囚禁在英国的伦敦塔下。他做了一台旋转的“永动机”，如图所示。转轮直径4.3米，40个钢珠，每个重23公斤，沿辐条翼外侧运动，增加扭矩。当转轮转到高处时，钢珠会自动滚到中心。据说他曾向英国国王查理一世表演过这个装置。国王非常高兴，赦免了他。其实这个机器是靠惯性来维持短期运动的。
软臂永动机
19世纪有人设计了一种特殊的机制，如图。它的手臂可以弯曲。臂上有一个凹槽，球沿着凹槽滚动到伸出的臂端，增加了扭矩。转向另一侧，柔软的手臂开始弯曲并向轴靠近。设计者认为这样可以使机器获得扭矩。然而，他没有想到？虽然力矩臂缩短了，但是阻力增加了，跑者只能停在原地。
阿基米德螺旋永动机
1681年，英国名医弗拉德提出建议，利用阿基米德螺线将水池中的水提升到高处(如图)，然后上升的水带动水轮机。水轮机既能带动水车做功，又能使阿基米德螺线不断提水。这样反复下去，不就不用担心旱不旱了吗？当时响应他的人很多，各种自动涡轮相继提出，出现了热潮。
磁力永动机
大约在1570年，一位意大利教授Tesniers提出，永动机可以通过磁铁的吸引力来实现。他的设计如图所示。a是磁铁，铁球C能被磁铁吸引沿斜面向上滚，到上E，从小孔B落下，通过曲面BFC返回，再次被磁铁吸引，这样铁球就能沿螺旋路径不断运动。也许他那时还没有建立它？库仑定律，不知道电场力的大小与距离的平方成反比。只要多想想，它的荒谬就一目了然了。
类似的例子还有很多，这里就不赘述了。只要列举一些名字，就足以说明这种徒劳的活动是多么广泛，多么吸引人。
例如:表面张力永动机、浮力永动机、永磁永动机、自动车、自动洗衣机等。在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们也从基础力学理论的研究中逐渐认识到了自然的客观规律。
在达芬奇之后，史蒂文在1568写了一本书《静力学基础》，其中在讨论斜面上的力的分解时，明确提出了永动机无法实现的观点。他用的插图画在书的扉页上，如图，上面写着:“魔术不是魔术。”将14个等重的小球均匀地穿过螺纹，形成首尾相连的球链，放在斜面上。他认为链条的“无休止的运动是荒谬的”，所以两边都要平衡。
1775年，法国科学家郑重通过决议，拒绝尝试永动机。在《法国科学院史》一书中是这样记载的:“今年，科学院通过了一项决议，决定拒绝听取以下问题的答案:立方、角三等分、与圆面积相等的正方形，以及任何显示永恒运动的机器。”
并解释说:“永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力最终不破坏原有的动力，这种动力也不可能产生与原因相等的效果；如果我们想象动力可以连续工作，那么在一定的时间内，效果会无限小。如果摩擦力和阻力减小，初始运动往往会继续，但不能与其他物体相互作用。在这种假设下(自然不可能存在)，唯一可能的永恒运动将无益于实现永动机建造者的目的。这些研究的缺点是极其昂贵，不仅摧毁了一个家庭，而且本可以为公众提供大量服务的技术人员往往浪费了他们的工具、时间和智力。“然而，即使在法国科学院如此明确的警告下，创造永动机的活动仍未收敛。
19世纪中叶，能量守恒定律已经确立。
1861年，一位英国工程师德尔克斯收集了大量资料，写了一本名为《17和18世纪的永动机》的书，警告人们不要梦想从永动机这一礼物中获得名声和好运。然而，德尔克斯的“警告语”没能阻止永动机继续泛滥。
19年底，美国宾夕法尼亚州有人尝试用磁铁代替钟摆的锤子，尝试用磁力代替发条，认为没有发条也可以自动维持摆动，结果徒劳无功。在20世纪，更复杂和似是而非的设计被提出。比如，有人想“发明”自动汽车，有人想“创造”自动洗衣机，有人想利用水中的“分子引力”制造“自动”水泵，有人想单纯靠永磁体制造发电机。尤其是在“能源危机”的刺激下，这样的活动越来越多，层出不穷。另一种永动机经常被提出来，令人困惑。比如19的80年代，美国华盛顿的发明家Gammy设计了一个Zeromotor，其中以液氨为工质，吸收周围环境的热量，氨由液态变为气态，在0℃产生4个大气压的压力，可以推动活塞做功。好像这样，就没必要用燃料了。他进一步解释说，氨气在驱动活塞后会被膨胀冷却，在容器内会自动冷凝，所以可以循环工作。1881年，他的设计得到了美国海军总工程师的支持，受到了政府的表扬。就连当时的美国总统也饶有兴趣地观看了设计模型。他们可能认为，如果这种发动机真的成功了，美国舰队就不需要加煤站了，可以从汪洋大海中获得无穷无尽的热能。但只要科学分析就会发现，Gammy的设计属于单热源热机，违背了热力学第二定律，这是第二种无法实现的永动机。如果说永动机的发明对人类有益的话，那就是人们可以从中吸取一个教训:一切违背能量转化、守恒等自然规律的“创造”都是注定要失败的。
关于永动机的不可能，还应该提到荷兰物理学家斯蒂芬。16世纪以前，在静力学中，人们只处理寻求？平行力系的合力及其平衡，以及将一个力分解成平行力系的问题，现在还不会处理？交叉力系的平衡问题。为了解决这类问题，人们把它归结为解决三个交换？力量的平衡。这个问题通过巧妙的辩论解决了。如果你把一个均匀的链条ABC放在一个非对称的直立(无摩擦)楔块上，链条会受到两个接触面的反作用力和它自身的重力。恰好是三股合流的力量。链条会在这里或那里滑动吗？如果是，走哪条路？斯蒂芬想象着把楔子停在空中，用CDA在底部连接链条，使其闭合。最后问题解决了。挂在底部的链条是自己平衡的。用上部链条连接悬挂部件。斯蒂芬说:“如果你觉得楔子上的链条不平衡，我可以做一个永动机。”事实上，如果链条会滑动，那么你必然会推出封闭的链条会永远滑动；这显然是荒谬的，答案一定是链条不动。他因此得到了报酬？三力平衡的条件。他觉得这个证明很精彩，于是把它放在了自己的书《数学的记忆》(Hypomnemata Mathematica)的扉页上，同行们把它刻在了自己的墓碑上，以示敬仰。交叉力系平衡问题的解决也标志着静力学的成熟。
随着意识到永动机是不可能的，一些国家对永动机进行了限制。比如早在1775，法国科学院就决定不发表关于永动机的通讯。1917年，美国专利局决定不受理永动机的专利申请。尽管如此，永动机的发明者仍在一波又一波地前进，顽强地奋斗着。根据英国专利局助理评估员F. Charlesworth的说法，英国永动机的第一个专利是1635。在1617和1903之间，英国专利局收到了大约600份永动机的专利申请。这还不包括利用重力原理的永动机的专利申请。但是在美国，1917之后，还是有很多永动机方案一时看不出玄机，被专利局受理。