第二类永动机是指_什么是第一类、第二类、第三类永动机

物理学上有很多烂点子,但有一个持续时间最长:永动机。没有可行的永动机被实验验证过,它们都打破了热力学定律。事实上,我们根据它们所打破的热力学定律对它们进行分类。第一种永动机违反能量守恒定律,输出能量超过运转所需能量。然后是第二种永动机,它的错误更微妙,因为它违反了热力学第二定律,通过熵的反转来提取能量。

第一和第二永动机

设计永动机有非常长的历史,从中世纪到文艺复兴时期。第一个有据可查的永动机设计是在12世纪,当时轮子上嵌有水银管道,轮子转动时水银管道来回流动。其他类型的超平衡车轮一直延续到文艺复兴时期,并根据相同的原理工作。其他设计使用磁铁。例如,在斜坡上,一个球被磁铁拉到顶部,然后从一个洞里掉下来,再滚到底部。重复这个过程。

这些机器并不真的工作,在每一种情况下,我们都可以发现一些设计师忽略的微妙的物理特性。超平衡轮在一侧向外推质量,但同时增加了这些质量之间的间隔,因此转动惯量保持不变。一块强到足以把球拉上斜坡的磁铁也能防止它从那个洞里掉出来。

但是那个时候,能量守恒定律还没有被发现。所以第一种永动机的想法在当时非常流行。他们认为它可以产生比他们使用的更多的能量。然而,18世纪热力学第一定律的发现,证明了第一种永动机的不可行性,却并没有终结这股热潮。发明家继续探索遵循能量守恒的永动机,打破了热力学第二定律。

热力学第二定律指出,熵将随时间增加。换句话说,能量会尽可能均匀地分散,达到最大熵的状态。所有的机器在重新分配它们自己时都使用这种能量流来工作。第二种永动机宣称,利用已经均匀分布的能量池,可以有效逆转熵增。

第三种永动机

没有能量梯度或温度梯度,就无法提取能量。事实上,基于温差所能提取的能量是有绝对极限的,这个极限就是最重要的永动机系统:卡诺循环所定义的。

19世纪初,萨迪卡诺描述了最高效的热机,它是气体在活塞腔内的一系列膨胀和收缩。当热量在不同温度的储层之间流动时,它将提供最大可能的能量。至关重要的是,卡诺循环是可逆的,以完全相同的能量向相反的方向驱动活塞,将能量从冷转换为热。原则上,卡诺热机可以从温度梯度中提取能量,然后再次泵回能量,使其成为候选的永动机。

但即使在这种最理想的情况下,能量输入与能量输出的比例也是完全一致的,没有额外的能量被提取出来。卡诺循环原则上是永动机过程,但不会违反任何热力学定律,所以不是第一或第二永动机。事实上,它有时被称为第三种永动机。

这些永动机并不试图产生能量,它们只是让自己永远运转下去。毕竟,牛顿告诉我们,除非受到外力的作用,否则运动中的物体往往会保持运动。所以排除一切外力,排除任何形式的能量损失,当然任何机器都可以永远运转。事实上,从纯经典的角度来看,有些理想系统是可以永远运行的,比如完美的卡诺热机,或者行星绕恒星运行。

不会做/工作

但事实上,消除任何能量损失不仅是工程上的挑战,理论上也是不可能的,因为这是量子力学所禁止的。

由于所有粒子固有的量子随机性,正如海森堡的测不准原理所表达的那样,一切都在运动。内部零件总是振动,产生一些摩擦和内部热量。即使热量被重新捕获,即使隔离系统的外壁也必须辐射并缓慢泄漏能量。当然还有引力辐射,它会逐渐削弱天体的“永动机”。

对于第三种永动机,最好的情况是非常缓慢地减速到静止。

黄飞