“永動(dòng)機(jī)”真的存在嗎

◎重慶市育才中學(xué)校 高媛 李建 李鴻

在這個(gè)世界上, 除了“時(shí)空穿梭機(jī)”, 還有一種令人好奇和著迷的設(shè)想, 那就是“永動(dòng)機(jī)”。

從古至今, 關(guān)于“永動(dòng)機(jī)”的創(chuàng)造層出不窮, 但最終都以失敗告終。在人們的想象中, “永動(dòng)機(jī)”是一種不需要外界輸入能量或只需要一個(gè)初始能量就可以永遠(yuǎn)做功的裝置。這樣的裝置真的存在嗎？它被設(shè)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(gè)小制作來探尋“永動(dòng)機(jī)”的奧秘。

一、制作材料與工具

準(zhǔn)備分別貼了A、B、C標(biāo)簽的透明塑料瓶（含瓶蓋）3個(gè), 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(cè)壁, 如圖2。

圖2

（二）在塑料瓶C的瓶蓋中央用電烙鐵開一個(gè)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(cè)面用電烙鐵開兩個(gè)與吸管口大小一致的孔, 兩個(gè)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(gè)與吸管口大小一致的孔, 如圖6。用吸管將兩個(gè)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(biāo)記, 并用電烙鐵開一個(gè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)90°, 水從塑料瓶B流入塑料瓶C, 如圖11。

圖10

圖11

（八）再將實(shí)驗(yàn)裝置擺正, 往塑料瓶A中倒水, 如圖12。可以看到水自動(dòng)循環(huán)流動(dòng), 如圖13。一段時(shí)間后, 水停止循環(huán)流動(dòng)。

圖12

圖13

三、原理分析

實(shí)驗(yàn)中, 先向塑料瓶A中加水, 讓適量的水通過塑料瓶B進(jìn)入塑料瓶C后, 再向塑料瓶A中加水。因?yàn)闅鈮翰? 這時(shí)塑料瓶B內(nèi)的空氣通過吸管被擠入塑料瓶C, 使得塑料瓶C內(nèi)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(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)。

為什么一段時(shí)間后水就停止循環(huán)流動(dòng)而無法實(shí)現(xiàn)“永動(dòng)”呢？

熱力學(xué)第一定律表明, 能量總是守恒的, 它不會(huì)憑空產(chǎn)生和消失, 只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。加入塑料瓶A中的水具有初始的重力勢能, 但在流動(dòng)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(zhuǎn)化成內(nèi)能, 而這一部分能量無法再次轉(zhuǎn)化成水的重力勢能, 所以水無法循環(huán)流動(dòng)。

“永動(dòng)機(jī)”正是違背了能量守恒定律, 所以無法被制造出來。