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为什么不能建造永动机?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-09-05 09:25:23

假设在一个真正封闭的系统中没有能量损失是可能的。如果能量被转化(比如通过摩擦转化为热),那么能量就会离开系统,更多的能量就需要被输入系统来维持系统运转。如果能量被转化为实际做的外部功(比如用永动机驱动汽车),那么驱动汽车所做的功也是离开系统的能量。

能量既不被创造也不被消灭。它可以从一种形式转换成另一种形式,但它必须来自某个地方。在一个理论上完美的永动机的想法是100%的能量输出回路作为输入,并保持机器运行。这只有在百分之百的能量返回的情况下才会起作用。如果任何被转换为了实现这个目标,有外部力量,它对工作(如重力)继续,或能量转移的系统,它最终将失去能源每个循环直到所有传输的系统。只有一个完美的、孤立的、不因摩擦或外力而损失能量的系统,才能永远持续下去。

我们在外层空间的情况与此相当接近,那里对一些宇宙天体几乎没有作用,使它们能够持续很长时间(不是永远,但比我们活着的时间更长)。在更传统意义上的永动机中,它的想法是,它将永远持续下去,并在此过程中为其他东西提供动力,但为其他东西提供动力会耗尽永动机的能量。你不能凭空产生能量。它必须来自某个地方。

能量总是逃脱。总有一些能量损失。在你的例子中,引擎会把能量从废气中释放出来,而给冰箱的能量则来自连接在引擎上的发电机。内燃机效率非常低。在摩擦损失的能量和冷却系统释放的热量之间,我们说的是平均20%的效率。据我所知,迄今为止最好的,是丰田生产的一款引擎,它的效率只有38%。你需要一个100%高效的引擎,而这是不存在的。人们已经做了很多尝试,因此普遍认为这是不可能的,而且将一直如此。永动机是不存在的。

最接近永动机的东西是核磁共振扫描仪。他们将其冷却到超导性允许零阻抗电流的水平。正是这种电流驱动了极强大的电磁铁。一旦开始运行,超导线圈就不再需要额外的电力来保持运行。但在某一时刻,磁铁还是会升温并熄灭。这通常发生在机器退役时。

简而言之:理论上,你可以使用假设的可逆热机(卡诺循环)来实现这个循环协议,但它不会是一个永动机,因为每个循环都没有任何结果;每完成一个循环后,所有的系统和环境回到起点。不像PMM所要求的那样对环境做功。

卡诺考虑了一种你描述的场景的变化,从理论上把一个作为热机的卡诺循环和另一个作为热泵的卡诺循环耦合起来。他想证明如果一个循环比理论极限更有效会发生什么。其结果将是第二类永动机,这违反了第二定律。因此,他证明了任何热机,无论是正向工作还是反向工作,都不能超过效率的理论极限。

下面的灰色图(没有红线)是用来进行分析的示意图:

为什么不能建造永动机?

我画红线是为了显示如果两个引擎以相同的,最大效率工作会发生什么,这很好地描述了没有能量损失的情况。这两种热机都是理想的,因为它们的每一步都是可逆的,也就是说,不伴随净熵的变化。

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热机2从热热源中取出q(2),将部分能量转化为功w,并将q(1)输出到冷热源。热机1把热机1输出的所有功,w,用它把q(1)从冷热源中取出,把q(2)排出到热热源中。

双装置的最终结果是在每个循环后系统或储层没有变化,也没有净功输出。换句话说,系统和环境回到了它们原来的状态。

这不是永动机,因为根据定义,永动机必须从每个循环中产生净功。

你的设备做的事情就像让一个卡诺热机向前运行一个循环,然后反过来运行下一个循环。它是定义非常宽泛的永动机,但不是PPM。

如果其中一个或两个发动机的运行低于理论的最大效率,势能将“退化”(以热量的形式损失),并且在没有额外的外部能源的情况下循环无法继续。
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