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永动机为什么不可以实现?
永动机,能量,动能永动机为什么不可以实现?
发布时间:2016-12-08加入收藏来源:互联网点击:
回答于 2019-09-11 08:43:50
永动机是违背了能量守恒定律,而就目前的理论中能量是守恒的,只是不同形式的能量相互转换而已,但是能量转换前提是要克服另一种能量。而永动机不具备能量永远的转换成动能。
回答于 2019-09-11 08:43:50
存在就是永恒。
回答于 2019-09-11 08:43:50
谢 @科学百事通之邀。
这个问题多次被提出来,科普或不能令人释然,看来科普也要更新,此次我做深度解释。
为避免莫名其妙,最重要的分析,还是放在最后一节,还是先解释热力学两大定律的应用。
人们困惑与质疑,值得重视,科普不要把“能量守恒与熵增原理”强加于人。
热力学第一定律,属于能量守恒定律。热力学第二定律,也叫能量梯度法则,即能量只能从高能态释放给低能态。
有人觉得,“永动”是客观存在的,因为运动总是绝对的,静止只是相对的,没毛病啊!
理由例如有:常有波动的海浪发电,常有刮风的风力发电,常有雪山的水力发电,常有日光的太阳能发电,持续数十年的原子能发电,
——这些似乎都永动,都符合能量守恒定律与熵增原理。这个待后我会解释。
有人认为,“机”是人造的,可人也是自然的。核外电子是不断旋进的机,空气分子是不断震荡的机,地球是不断自转的机。
——这些似乎说得通,都符合能量守恒定律与熵增原理,这个待后我会解释。
能量守恒定律的适用条件
必须指出:任何真理或科学原理都有二重性:①都是相对于特定条件而成立,这叫真理的相对性;②满足特定条件的就是绝对的,这叫真理的绝对性。——这是真理的对立统一观。
能量守恒与转换定律,是物理科学的一条基本原理,当然也有特定条件,即:
能量守恒定律只适合非开发的封闭系统,该系统与外界环境是隔绝的,无质量或能量交换。
例1,海浪发电装置与附近海浪构成的系统,不是封闭的,因为有远处的海浪不断在“骚扰”或者给该系统提供外加的动能。
例2,原子能发电装置与核材料构成的系统,不是封闭的,因为外部空间低能态与原子核内部的弱力场之高能态,有外泄辐射能,弱力场高位能的半衰期也是有限的。
在诸如这样的开放系统或非封闭系统,我们很容易误以为永动机是存在的。
能量守恒定律的深度理解
就动力学原理而言,能量分为三类:
①固有的惯性势能(Ep),源自电荷粒子光速自旋角动能,取决于摩尔质量,即:Ep=mc²。
势能是构造电荷粒子独立存在形式的必备能量,通常是不参与能量转换或被利用的。但有例外,当电荷粒子湮灭,则转换为场的势能。
②势能之间的位能(D),源自电荷粒子因外加动能导致不同的空间分布,即:D=△Ep。
注意:中学物理的机械能守恒中的势能Ep是势能差(△Ep),即本文特指的位能,这在流体动力学的伯努力方程里写得很清楚。
例如,化学电池的正负极电荷分布之间有势能差,即电位差:D=△U。拦河大坝的水位差有重力势能差:D=△Ep。
③物体位移的动能(Ek),源自系统从环境获得的能量表现为热能,即:Ek=½mv²=1.5kT。
可见,除了湮灭反应,能量守恒的本质是广义的机械能守恒。位能(尤其四粒子行为),常被忽略不计,故能量守恒几乎都是动能守恒。
无论是自然行为还是人造行为,势能是不可以被利用的,只有位能与动能才可以作为能源。
熵增加原理的适用条件
熵增加原理dS=dQ/T≥0也是有特定条件的:只适合非开放的封闭系统,这个封闭系统可延伸到能密逐渐递减的梯度场(真空场)。
例3,把拉格朗日平衡点范围之内当做封闭系统,地球大气层所含的分子原子,发散到地球辐射带,就消散为等离子体,再发散到微波背景辐射带,就消散为厘米级无线电波。这是一个典型的熵增加过程。
如果没有其它系统的干扰,熵增加过程就会不断进行下去,直至发散到绝对零度的真空场。
在熵增加占绝对优势的封闭系统范围内,能量只能从高能带发散到低能带,不可能反过来。这与水向低处流是一个道理。这就是第二类永动机不可能实现的动力学原理。
熵增加原理的深度理解
事实上,熵增加原理只有狭义的适用范围,只要突破熵增加过程优势范围,就必然为熵平衡或熵减少过程。
当自由电子路过太阳附近,电子就有可能凝聚大量空间,变成质子,进而变成中子与原子。
在开放系统中,经常是:熵增过程占优势,久而久之,熵减少过程占优势;熵减过程占优势,久而久之,熵增加过程占优势。
在熵减过程中,亚原子从低能态向高能态收敛。在熵增过程中,亚原子从高能态向低能态发散。
例4,大质量天体,在达成临界质量之前,吸积外空间的流星雨、星际物质、宇宙线等低能态天体,这是熵减过程;在达成临界质量之后,由于抗简并压作用,核内外电子因能态过高被释放出来表现为宇宙射线,这是熵增加过程。
例5,哺乳动物,在青春期前,从受精卵细胞强势复制聚合为胚胎,基因工程愈发有序,这是熵减过程;但在青春期后,细胞复制力不断衰减,基因工程愈发紊乱,这是熵增过程。
例6,从苋菜提取苋菜红染料。将苋菜打浆浸出再过滤得到低浓度低能态的红色液体,这是熵增过程。然后放在大锅熬蒸掉水分,得到高浓度高能态的红色粉末,这是熵减过程。
永动机不可能的几个理由
永动机的定义
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