Question

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永　動　機

　　人們在長期的生活和生產(chǎn)中認識到，人類的生存和發(fā)展離不開能源．人們是多么渴望生產(chǎn)一種不需要耗用任何能量而能永遠不停工作的機器－－永動機．下圖所示的是一個永動機的設(shè)計方案：輪子中有一個轉(zhuǎn)動軸，輪子邊緣安裝著12個可活動的短桿，每個短桿的一端裝有一個鐵球．方案的設(shè)計者認為右邊的球與左邊的球離軸遠些，因此，右邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩要比左邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩大．這樣輪子就會永無休止地沿著箭頭所指的方向轉(zhuǎn)動下去，并且?guī)�動機器轉(zhuǎn)動．但事實上并未實現(xiàn)不停息的轉(zhuǎn)動．仔細分析一下就會發(fā)現(xiàn)，雖然右邊每個球產(chǎn)生的力矩大，但是球的個數(shù)少，左邊每個球產(chǎn)生的力矩小，但是球的個數(shù)多．于是，輪子不會持續(xù)轉(zhuǎn)動下去而對外做功，只會擺動幾下，便停在圖中所畫的位置上．

　　17～18世紀，永動機最為流行，人們曾提出各種永動機設(shè)計方案，有采用“螺旋汲水”，有利用輪子的慣性、水的浮力或毛細作用的，也有利用同性磁極之間排斥作用的．18世紀末，不少科學家開始懷疑制造永動機的可能性．1775年，法國科學院決議不再受理永動機的設(shè)計方案．這些事實，使人們逐步悟出一個道理：永動機不可能實現(xiàn)是由于某一普遍定律的限制，而這條定律至今還沒發(fā)現(xiàn)．因此，它啟示人們不再為設(shè)計永動機而煞費苦心，轉(zhuǎn)而致力于這一未發(fā)規(guī)定律的挖掘工作．

　　17～18世紀，經(jīng)典力學中已蘊涵著機械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想．倫福德等人對摩擦生熱的研究，否定了熱質(zhì)說，提示了機械能與物體內(nèi)能變化的關(guān)系．1800年發(fā)明了電池，不久又發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)、化學效應(yīng)及電磁感應(yīng)，科學家們進一步展示出了自然界不同現(xiàn)象的相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的圖景．在其他方面，如生物學發(fā)現(xiàn)了動物的體溫和進行機械活動的能量跟它攝取的食物的化學能有關(guān)．這一切，都為能量守恒發(fā)現(xiàn)做了必要的準備．19世紀40年代，不同國家的十幾位科學家以不同的方式，各自獨立地提出了能量守恒定律．人們認識到：能量既不會消滅，也不會憑空產(chǎn)生，能量有各種不同的形式，可從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量保持不變．能量守恒定律使永動機幻夢被徹底地打破．

　　在制造上面所說的第一類永動機的這一嘗試失敗之后，一些人又夢想著制造另一種永動機，希望它不違反能量守恒定律，而且既經(jīng)濟又方便．例如，這種可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之轉(zhuǎn)化為機械功．由于海洋和大氣的能量是取之不盡的，因而這種熱可永不停息地運轉(zhuǎn)做功，也是一種永動機．然而，在大量實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，英國物理學家開爾文于1851年提出一條新的普遍原理：物質(zhì)不可能從單一的熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ�不產(chǎn)生其他影響．看來永動機只是人們的美好愿望，永遠也不可能實現(xiàn)．

(1)人類夢想制造的永動機有哪幾類？為什么都沒有實現(xiàn)？

(2)下圖是兩位發(fā)明家自制的永動機模型．你能否和其他同學討論一下，它們能“永動”嗎？

　　　　

(3)人們?yōu)槭裁礋嶂杂诎l(fā)明與制造永動機？

Answer 1

答案：
解析：

(1)一類是不需要耗用任何能量而能永遠不停工作的機器；另一類是不違反能量守恒定律的永動機．都違反了能量守恒定律． (2)不能，根據(jù)力學定律，不借助外力，它們只能停在如圖所示的位置動不起來． (3)人們希望不耗用能源而能完成各項工作．