“永動機”真的存在嗎

◎重慶市育才中學校 高媛 李建 李鴻

在這個世界上, 除了“時空穿梭機”, 還有一種令人好奇和著迷的設想, 那就是“永動機”。

從古至今, 關于“永動機”的創造層出不窮, 但最終都以失敗告終。在人們的想象中, “永動機”是一種不需要外界輸入能量或只需要一個初始能量就可以永遠做功的裝置。這樣的裝置真的存在嗎？它被設想出來卻不能被制造出來的原因是什么？讓我們一起通過一個小制作來探尋“永動機”的奧秘。

一、制作材料與工具

準備分別貼了A、B、C標簽的透明塑料瓶（含瓶蓋）3個, 長度適中的塑料吸管4根, 熱熔膠槍, 電烙鐵, 美工刀, 帶顏色的水, 如圖1。

圖1

二、制作步驟

（一）將塑料瓶B的瓶口粘在距離塑料瓶C底部2 cm處的側壁, 如圖2。

圖2

（二）在塑料瓶C的瓶蓋中央用電烙鐵開一個小孔, 在小孔中插入一根吸管, 使吸管底部管口距離瓶底0.5 cm。用熱熔膠固定吸管, 并將吸管與塑料瓶C的瓶蓋接口處密封, 如圖3。

圖3

（三）用美工刀在塑料瓶A的瓶身開一條長5 cm、寬2 cm的長方形口, 并在與長方形開口正對的側面用電烙鐵開兩個與吸管口大小一致的孔, 兩個孔的位置如圖4。

圖4

（四）將塑料瓶C中的吸管穿過塑料瓶A靠近瓶底的孔, 并用熱熔膠將其固定、密封, 如圖5。

圖5

（五）用電烙鐵在塑料瓶B、C的瓶身上端距離瓶口2.5 cm處各開一個與吸管口大小一致的孔, 如圖6。用吸管將兩個孔連接, 再用熱熔膠密封, 如圖7。

圖6

圖7

（六）將另一根吸管從塑料瓶A靠近瓶蓋處的小孔插入, 在吸管正下方的塑料瓶B的瓶身上做好標記, 并用電烙鐵開一個同樣大小的孔, 如圖8。用吸管將塑料瓶A、B正對的小孔連接, 吸管下端端口與塑料瓶B的瓶壁齊平, 吸管上端端口插入塑料瓶A中的長度約為2 cm, 所有接口用熱熔膠固定并密封, 如圖9。

圖8

圖9

（七）向塑料瓶A中加水, 水流入塑料瓶B, 如圖10。將裝置順時針旋轉90°, 水從塑料瓶B流入塑料瓶C, 如圖11。

圖10

圖11

（八）再將實驗裝置擺正, 往塑料瓶A中倒水, 如圖12。可以看到水自動循環流動, 如圖13。一段時間后, 水停止循環流動。

圖12

圖13

三、原理分析

實驗中, 先向塑料瓶A中加水, 讓適量的水通過塑料瓶B進入塑料瓶C后, 再向塑料瓶A中加水。因為氣壓差, 這時塑料瓶B內的空氣通過吸管被擠入塑料瓶C, 使得塑料瓶C內的氣壓大于外界氣壓。塑料瓶C中的水通過吸管被重新壓入塑料瓶A中, 從而實現循環流動。

為什么一段時間后水就停止循環流動而無法實現“永動”呢？

熱力學第一定律表明, 能量總是守恒的, 它不會憑空產生和消失, 只會從一種形式轉變為另一種形式。加入塑料瓶A中的水具有初始的重力勢能, 但在流動的過程中, 不可避免地與塑料瓶、吸管、空氣等摩擦, 從而使一部分能量轉化成內能, 而這一部分能量無法再次轉化成水的重力勢能, 所以水無法循環流動。

“永動機”正是違背了能量守恒定律, 所以無法被制造出來。