为什么永动机是不可能制成的

从远古时代起，人类为了维持生存，发明和制造了各种机械，如斜面、滑轮、杠杆等。后来，随着社会物质文明的进步，人类又制造了许多机器。利用机器，人类创造了丰富的物质财富和精神财富。但是，无论对机器做出怎样的改进，人们发现，任何机械或机器都必须有外力作用才能运行，这些外力包括人力、畜力、风力以及现代化生产中的电力、水力、化学力、核力等等。而且，利用任何机器都只可能减少力的强度，改变力的方向，而不能减少力做的功，也就是说，要使机器干多少活，人们至少必须相应地供给机器多少能量，甚至更多的能量。一旦停止供应，任何一台机器就不可能一直运行下去。“既要马儿跑，又要马儿不吃草”的做法，这在实际生活中肯定是做不到的。

历史上，有些人曾经设想制造出两种永动机。第一种永动机就是把机器完全与外界隔绝，依靠机器自身的能量周而复始地运行下去。然而，无论设计方案多么细致、周到，甚至简直是“煞费苦心”，在实际制作中都以失败而告终。其原因是，在没有任何外力的作用下，机器运行过程中的摩擦阻力是无论如何消除不了的，它们只会一点一点地消耗机器自身的能量，而使机器最终无法运行。自然界存在一条普遍的物理定律——热力学第一定律，它是能量守恒定律在热学上的表现。它告诉人们：在没有任何外力供应能量的情况下，物体的能量既不能产生，也不会消失。在不可避免存在摩擦阻力时，机器的能量一旦在对付摩擦阻力上“弹尽粮绝”，就不可能再运行下去，永动机也就成了空想。

第二类永动机是指机器并不与外界完全隔绝，但只是单方面地从一个外界热源中吸取热量，而能周而复始地永动下去。这种机器也是不可能制造出来的。这是因为任何机器要维持运行必须与外界有两个通道交换热量。机器从一个通道中吸取能量，一部分用来完成人们需要它做的功，另一部分不可避免地从另外一个通道中散发开去。汽车的发动机就是一个典型的例子。没有汽油，汽车发动机“断了粮”，是不可能开动起来的，但是只有汽油，没有排出废气的通道，汽车也同样不可能永动下去的。物理学家通过大量实验总结出热力学第二定律，它告诉人们：能量的转化是有方向性的。人类不可能违背这个方向性去制造出永动机。在日常生活中，人们可以不停地搓手使手掌发热，这是功变热的过程。但是，汽车发动机从汽油中获得的热量却不会全部用于开动汽车，其中有一部分热量一定会“逃之夭夭”，这就表明热不可能全部转化为功，这就是热量与做功之间的单向性。还有，如果把一杯热水和一杯冷水靠在一起，只允许它们互相传热，那么结果一定是热水降温，冷水升温，直至两杯水温度相等为止。谁也没有见过热水自动地从冷水中再获取热量继续升温，而冷水则再降温的现象。这就是热量传递的方向性。

总之，第一类永动机和第二类永动机都是不可能制成的，因为它们违背了已经被大量实验证明了的自然界能量变化的普遍定律。

关键词：永动机 能量守恒和转化定律 热力学第一定律 热力学第二定律