Question

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永　动　机

　　人们在长期的生活和生产中认识到，人类的生存和发展离不开能源．人们是多么渴望生产一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器－－永动机．下图所示的是一个永动机的设计方案：轮子中有一个转动轴，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与左边的球离轴远些，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箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动．但事实上并未实现不停息的转动．仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩小，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，便停在图中所画的位置上．

　　17～18世纪，永动机最为流行，人们曾提出各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水”，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．18世纪末，不少科学家开始怀疑制造永动机的可能性．1775年，法国科学院决议不再受理永动机的设计方案．这些事实，使人们逐步悟出一个道理：永动机不可能实现是由于某一普遍定律的限制，而这条定律至今还没发现．因此，它启示人们不再为设计永动机而煞费苦心，转而致力于这一未发规定律的挖掘工作．

　　17～18世纪，经典力学中已蕴涵着机械能的转化和守恒的初步思想．伦福德等人对摩擦生热的研究，否定了热质说，提示了机械能与物体内能变化的关系．1800年发明了电池，不久又发现了电流的热效应、磁效应、化学效应及电磁感应，科学家们进一步展示出了自然界不同现象的相互联系、相互转化的图景．在其他方面，如生物学发现了动物的体温和进行机械活动的能量跟它摄取的食物的化学能有关．这一切，都为能量守恒发现做了必要的准备．19世纪40年代，不同国家的十几位科学家以不同的方式，各自独立地提出了能量守恒定律．人们认识到：能量既不会消灭，也不会凭空产生，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能量的总量保持不变．能量守恒定律使永动机幻梦被彻底地打破．

　　在制造上面所说的第一类永动机的这一尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反能量守恒定律，而且既经济又方便．例如，这种可直接从海洋或大气中吸取热量使之转化为机械功．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年提出一条新的普遍原理：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他影响．看来永动机只是人们的美好愿望，永远也不可能实现．

(1)人类梦想制造的永动机有哪几类？为什么都没有实现？

(2)下图是两位发明家自制的永动机模型．你能否和其他同学讨论一下，它们能“永动”吗？

　　　　

(3)人们为什么热衷于发明与制造永动机？

Answer 1

答案：
解析：

(1)一类是不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器；另一类是不违反能量守恒定律的永动机．都违反了能量守恒定律． (2)不能，根据力学定律，不借助外力，它们只能停在如图所示的位置动不起来． (3)人们希望不耗用能源而能完成各项工作．