第一篇：不可能實現的永動機-中國科學技術大學

不可能實現的永動機

記得上初中的時候曾經看過一本書名叫《趣味物理學》，非常的有趣，在看完了全書之后，我對其中的一個介紹永動機的章節產生了濃厚的興趣。由于當時還沒怎么學過物理，對熱力學第一第二定律一無所知，幼稚而又天真的我整天就想設計一臺永動機。為此我滿懷激情的進行了一系列現在看來極為可笑的設計，結果不用說，根本設計不出一臺符合要求的所謂的永動機。后來學了一些物理，知道永動機是無法實現的。但我覺得這也在從另一個方面促進了我對物理學的認識和理解。我也從中感覺到對一些錯誤命題的深入研究能促進學術本身的向前?？v觀物理學的發展乃至整個人類社會的進步又何嘗不是如此呢？故此我認為我們沒必要回避永動機這個話題。要知道，有些著名命題的提出都和永動機的研究有關，一些著名的物理學家都研究過永動機，還有很多親自設計過永動機方案。每一種全新概念永動機的提出往往會帶來很多新的發現，而每一次對之否定的過程，又會加深人們對物理學某些領域的認識。而人們在追求不耗能的完美裝置的同時，又不經意的設計了許多極其精妙的高效機械，帶來技術的革新。

說了這么多，我們不妨來看一些歷史上經典的而又富有代表性永動機設計。再由此做出一些分析。憑我們目前所學的知識，我想已經足夠推翻大師們的“經典”之作了

文藝復興時期意大利的達·芬奇造了一個永動機裝置。他設計時認為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠些，在兩邊不均衡的作用下會使輪子沿箭頭方向轉動不息。事實上，由杠桿平衡原理可知，右邊每個重物施加于輪子的旋轉作用雖然較大，但是重物的個數卻較少。精確的計算可以證明，總會有一個適當的位置，使左右兩側重物施加于輪子的相反方向的旋轉作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使輪子達到平衡而靜止下來。

十九世紀發現電、磁等新的自然力，有人又想把它組成最新式永動機。結果也是徒勞的，一無所獲。

首先浮力成為考慮的熱點。一個著名的浮力永動機設計方案是：一連串的球，繞在上下兩個輪子上，可以像鏈條那樣轉動。右邊的一些球放在一個盛滿水的容器里。設計者認為，右邊如果沒有那個盛水的容器，左右兩邊的球數相等，鏈條是會平衡的。但是，現在右邊這些球浸在水里，受到了水的浮力，就會被水推著向上移動，也就帶動整串球繞上下兩個輪子轉動。上面有一個球露出水面。下面就有一個球穿過容器底，補充進來。這樣的永動機也沒有制成，是不是因為要下面的球能夠通過容器底，而又不能讓水漏出來，制造起來技術上有困難呢？技術上的困難并不是主要問題，主要問題還是出在設計的原理上。當下面的球穿過容器底的時候，它和容器底一樣，要承受上面水的壓力，而且是因為在水的最下部，所以它受到的壓力很大。這個向下的壓力，就會抵消上面幾個球所受的浮力，這個水動機也就無法永動了。

后來，磁力也曾經扮演過不小的角色。下面的這種磁力“永動機”，是17世紀的英國人約翰·維爾金斯（捷斯特城的主教）設計的。

在小柱上放一個強力的磁鐵A。兩個斜的木槽M和N疊著倚靠在小柱旁邊。上槽M的上端有一個小孔C，下槽N是彎曲的。這位發明家想，如果在上槽上放一個小鐵球B，那末由于磁鐵A的吸引力，小球會向上滾，可是滾到小孔處，它就要落到下槽N上，一直滾到N槽的下端，然后順著彎曲處D繞上來，跑到上槽M上。在這里，它又受到磁鐵的吸引，重新向上滾，再從小孔里落下去，沿著N槽滾下去，然后再經過彎曲處回到上槽里來，以便重新開始運動。這樣，小球就會不停地前后奔走，進行“永恒的運動”。

要指出它的錯誤也并不難。為什么小球沿著N槽滾到它的下端以后，還會有一種速度，使它能夠順著彎曲處D繞到上面來呢？假如小球只是在重力這一個作用下滾動的，那它是不難順著彎曲處上升的，因為那時候它是加速地向下滾的。可是這小球是在重力和磁力這兩種力的作用下滾著的，并且磁力是這樣強，可以強迫小球從位置B上升到C。所以小球沿著N槽滾動的時候不能加速前進，而是要變慢的；即使它能滾到N槽的下端，也無論如何不能積蓄起一種速度，使自己能繞著彎曲處D上升。

此外，人們還提出過利用輪子的慣性，細管子的毛細作用等獲得有效動力的種種永動機設計方案，但都無一例外地失敗了。其實，在所有的永動機設計中，我們總可以找出一個平衡位置來，在這個位置上，各個力恰好下互抵消掉，不再有任何推動力使它運動。所有永動機必然會在這個平衡位置上靜止下來，變成不動機。

各種永動機設計方案的失敗，制造永動機美好夢想的破滅，對于每一個尋找永動機的人是一個不小的打擊。但是，反思這一失敗的探索過程，它從反面給人類以啟迪，一些科學家從這一否定的結論中開始思考，提出這樣一個問題：永動機不可能制成，是不是說明自然界存在著一條法則，它使我們不可能無中生有地獲得能量？也就是說自然界各種能量之間存在著一定的轉化關系。這方面的思考是能量轉化和守恒原理建立的線索之一。德國著名物理學家和生理學家亥姆霍茲就是從永動機不可能實現的這個事實入手研究發現能量轉化和守恒原理的

追尋永動機的失敗經歷，可以給我們兩點啟示：首先，失敗的經歷也有積極的科學研究價值，永動機的種種設計方案的失敗，引起了人們的反思，啟發了能量轉化和守恒的思想，成為能量轉化和守恒原理建立的思考線索之一；其次，要依據科學規律辦事。歷史上追求永動機的人們，并不是因為他們沒有一種良好的愿望，也不是他們缺乏刻苦鉆研的精神，只是由于他們做的是違背客觀規律的工作。

最近又看到有一些人吹噓永動機的模型。我想針對這些模型運用自己已學的知識作出一些批判。

國內某報聲稱中國科學院生物物理研究所一位研究員發明的無偏二極管在不需要外加任何能源的條件下，只要環境溫度高于負273℃，該器件就能奇跡般地輸出直流電流，將是一種取之不盡、完全沒有污染的新型能源。據稱“無偏二極管”從環境吸收熱量后，半導體中的電子能自發形成電流，電流流過負載電阻，電阻發熱，熱量散發到環境中，通過環境再還給二極管，如此形成循環，二極管便可依靠從環境吸收熱量而持續輸出能量。該研究員聲稱他的這項發明是利用所謂“內能”，既不違反熱力學第一定律，也不違反熱力學第二定律，不是永動機，而是像自然界中的水-空氣循環那樣“巧用循環”。其實水-空氣循環之所以能夠實現，是因為有太陽能補充能量，與該研究員的“巧用循環”并不是一回事?！盁o偏二極管”是要“從單一室溫環境獲得能量”，而熱力學第二定律已指出，自然界中一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的，要從單一和均勻的熱源(例如海洋、大氣層)吸取能量實現循環是不可能的。所以這個“無偏二極管”實際上就是違反熱力學第二定律的第二類永動機。

再來看一個更加有趣的例子。

在赤道上建一座40000公里的高塔，若頂上安置個百噸重球，通過長長的齒桿連接到地面，40000公里的高空，完全失重！在橫向上塔會迫使重球與地球同步，偏偏縱向上重球卻缺乏向心力的約束，因此，重球將被高速甩出去！不僅僅如此，重球升得越高，離心力會越大，它會加速！它會越來越快！于是齒桿就可以帶動齒輪，然后是發電機……" 這個方案貌似有理有據，我們暫且不論40000公里的高塔連自己的重量都承受不了。就設計本身而言不違反任何一條定律。設計者仿佛也看到永動時代的到來。但我還是不得不很遺憾的指出，這個設計還是行不通的。我建議這個設計者去看看冰上芭蕾，瞧瞧演員旋轉時的展臂動作，他或許就會明白了。首先，要提升長齒桿，就要離心力做功；但離心力做功是以犧牲帶動塔一起旋轉的地球的動能為代價的。這種動能雖儲備頗豐，但畢竟有限！如果他真打算從地

球那兒得到動能，那地球的自轉速度就會大大降低，那時我們就不得不面對漫漫的長日與長夜了！

時至今日，仍然還有人在研究設計各種形式的永動機，對此我的態度是設計永動機本身是沒有任何意義的，但在研究的過程中有新的發現有新的見解，能推動物理學的進步和發展，這是我們所愿意看到的。至于由此而發明的新技術新成果更是我們所歡迎的。但如果打著制造永動機的幌子招搖撞騙那就實在是讓人有點哭笑不得了，在自然科學已經高度發展的今天，有那么多人會相信永動機的存在，這不能不說是一個可悲的事實。

最后我想向老師請教一個關于能量守恒的提法：

是否存在這樣的非保守場：某個物體在這個場中沿兩個不同的閉合曲線回到出發點，該場作用力對它所做的功不同（也就是說可以不為零）。正因為可以不為零，所以就可以出現往外不停輸出能量的機械和不停吸進能量的機械。在這樣的非保守場中，是否存在第一類永動機？比如某個物體逆時針轉，則可以源源不斷地產生能量；如果順時針轉則能量被源源不斷地吸走。

我知道這個提法肯定是錯誤的，請您批評指教。

(物理一班 查毅勇 PB04203121)

第二篇：說明永動機是不可能制成的小論文

舉例說明永動機是不可能制成的

摘 要 本文通過對舉例說明和對熱學原理的闡述驗證永動機在現在是不可能實現的。

關鍵詞 永動機；熱力學第一定律；熱力學第二定律；熱力學第三定律； 引言

在熱力學中，我們知道能量是不可能憑空產生的，也不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功，并且熱機的功率是達不到百分之百的，所以必然有能量損失，于是乎在不加人能量的情況下是無法實現永動的。第一類永動機

自從永動機從印度開始提出，人們對永動機的追求就從沒有停止過。十三世紀的一個叫亨內考的法國人提出如圖的永動機 這也可以說是最早的永動機。輪子中央有一個轉動軸，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。方案的設計者認為，右邊的球比左邊的球離軸遠些，因此，右邊的球產生的轉動力矩要比左邊的球產生的轉動力矩大。這樣輪子就會永無休止地沿著箭頭所指的方向轉動下去，并且帶動機器轉動。但是這個裝置的實驗結果是只是左右搖擺了幾下就停下來了。由杠桿平衡原理可知，右邊每個重物施加于輪子的旋轉作用雖然較大，但是重物的個數卻較少。精確的計算可以證明，總會有一個適當的位置，使左右兩側重物施加于輪子的相反方向的旋轉作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使輪子達到平衡而靜止下來。16世紀70年代，意大利的一位機械師斯特爾又提出了一個永動機的設計方案。他在設計時認為，由上面水槽流出的水，沖擊水輪轉動，水輪在帶動水磨轉動的同時，通過一組齒輪帶動螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整個裝置可以這樣不停地運轉下去，并有效地對外做功。實際上，流回水槽的水越來越少，很快水槽中的水就全部流進了下面的蓄水池，水輪機也就停止了轉動。所以就不會永遠動下去。

第一類永動機都是依賴能量的無限輸出的，但是能量是只能換的，它只能由一種形式轉換成另一種形式，而不能憑空產生。像浮力就是人們利用的最多的一種力，但其實系統中總能找到一個點使得力矩平衡的。下圖就是一個例子：

水從上往下流的水力，足以帶動一個抽水的系統將水再抽回去。問題是，水車產生的功帶動抽水機所抽的水，永遠少于將水帶上去所需要的能量。

而另一個利用浮力的例子：一連串的球，繞在上下兩個輪子上，可以像鏈條那樣轉動。右邊的一些球放在一個盛滿水的容器里。設計者認為，右邊如果沒有那個盛水的容器，左右兩邊的球數相等，鏈條是會平衡的。但是，現在右邊這些球浸在水里，受到了水的浮力，就會被水推著向上移動，也就帶動整串球繞上下兩個輪子轉動。上面有一個球露出水面。下面就有一個球穿過容器底，補充進來。這樣的永動機也沒有制成，是不是因為要下面的球能夠通過容器底，而又不能讓水漏出來，制造起來技術上有困難呢？技術上的困難并不是主要問題，主要問題還是出在設計的原理上。當下面的球穿過容器底的時候，它和容器底一樣，要承受上面水的壓力，而且是因為在水的最下部，所以它受到的壓力很大。這個向下的壓力，就會抵消上面幾個球所受的浮力，這個水動機也就無法永動了。而利用磁力也是以個好的設想，此圖是Taisnerius 設計的永動機，整個系統由一顆強磁鐵，一顆鐵球，和兩個斜坡所組成。理論上鐵球會被磁鐵拉上斜坡，再從洞里掉下去，回到開始的地方，從而不停地運作。問題呢？任何強到足以將鐵球拉上去的磁鐵，自然不可能放鐵球從洞里再掉下去啰！當然，你可以說球在下劃到低端的時候有一個反沖力，它借助磁鐵的吸引力和反沖力回到頂端。但是我們由能量守恒定律可得，球在沒有到達頂端的時候速度就已經為0了。我們把磁力的情況簡化，那么做功為0。

Mgh-f1s1=1/2mv*2；

1/2mv*2=mgH+f2s2;這樣解得H是小于h的。

磁力在整個過程中都做功，但是由于摩擦阻力（一直做負功）的作用，所以能量有損失，但卻沒有能量的輸入。于是球是回不去的，也就談不上循環運作的，所以也就無法永動了。3

第二類永動機

從單一熱源吸熱使之完全變為有用功而不產生其它影響的熱機稱為第二類永動機。但實際的熱力學過程都是按一定的方向進行的，是不可逆的。熱量可以從高溫物體傳向低溫物體，直至達到溫度相等的熱平衡。雖然第二類永動機沒有違背熱力學第一定但是卻不符合第二定律。

歷史上首個成型的第二類永動機裝置是1881年美國人約翰·嘎姆吉為美國海軍設計的零發動機，這一裝置利用海水的熱量將液氨汽化，推動機械運轉。但是這一裝置無法持續運轉，因為汽化后的液氨在沒有低溫熱源存在的條件下無法重新液化，因而不能完成循環。拿絕熱膨脹來說，在氣體自由膨脹過程中，氣體分子從占有較小的空間自發的變化到占有較大的空間，這樣分子按位置分布的不確定性變大，即分子運動的無序性變大。從微觀上看，絕熱自由膨脹也是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。

1877年，玻耳茲蔓提出：孤立系中的自然過程總是沿著熱力學概率增大的方向進行。玻耳茲蔓用熵S來表證系統內分子運動無序性的大小。1900年，普朗克改進了玻耳茲蔓的公式：

S=klnΩ

而由熵增加原理可知道永動是不可能的。一個孤立系統的熵不能減少，而只能增加，現實中的情況就是如此；或者不變，在理想的可逆系統的情況下，這在現實世界從未發生。熵增加原理也給出了時間的方向，這就是系統自發演化的方向。比如你從冰箱里取出一塊冰，放在手上，冰很快會化成水，水又會化成氣；同時，屋子里的溫度會降低一點點兒，濕度會增高一點點兒。這個過程是一個人所習見、人所共知的正常過程，這個事件的序列就給出了時間的方向。反過來，如果你看到了它的逆過程：你的手上忽然浮現出一顆水珠，水珠越來越大，然后變成一個冰塊，同時，室內的溫度增高一點點兒，濕度降低一點點兒，你一定會詫異萬分，不是屋子出了毛病，就是你在看電影。這個逆過程雖然不違背熱一律，但是違背熱二律。

結論：

永動機在現在物理成立的條件下是無法存在的。

但是想要制造永動機就只能寄希望于熱力學第一定律和熱力學第二定律的不成立了?；蛘邚拈_放與孤立下手，強調條件不成立；或者干脆就直接想象，存在某一種未知的機制，在將來的某一天改變熱二律成立的條件，乃至于改變熱二律本身。

但科學的進步需要質疑需要顛覆。

第三篇：永動機主題公園

永動機主題公園

李樹森

永動機是指不消耗能量而能永遠對外做功的機器，它是違反能量守恒的永不停止運動的發動機。它不使用任何自然能源，無中生有地得到無限多的動力。在人們還沒有掌握自然的基本規律時，這種想法曾經引誘許多有杰出創造才能的人，他們付出了大量的智慧和勞動，追求這種夢想的實現。但是，歷經800多年，到現在永動機還未能發明，沒有任何一部永動機被實際地制造出來，也沒有任何一個永動機的設計方案能承受住科學的審查。

永動機沒有被實際地制造出來，但是，卻留下了大量的設計方案，李樹森認為，這些方案是一筆財富，方案可以復制成實體的不永動的或永動的機械，他萌生了在國內某一個地區創建“永動機主題公園”的創意，要通過永動機主題公園的運作方式，將各個歷史時期具有代表性的永動機的樣品展示出來，讓人們看到永動機的發展雛形，看到永動機跨越的時光，看到人們對永動機的癡迷，看到人們的愚昧，看到人們的智慧，看到人們的創新能力，供游客參觀回味，供游客了解永動機的發展史。

下面，結合創意人對永動機主題公園的認識程度，對該園的發展作初步描述。

一.定位

1.高起點。永動機主題公園的規模達到國內一流水平。

2.高吸引力。永動機主題公園對游客的吸引力達到國際一流水平。

3.可持續。永動機主題公園的服務年限超過200年，祖先留下了長城、故宮和頤和園，使北京市民常年享受福利，擁有穩定的財源收入，我們為后代留下一座主題公園，也是在增加一條長遠的財源通道。

4.少辯論。在園區的企業文化中，對永動機的過去、現在和將來不作平判。

二.目標

1.永動機主題公園的規模能夠游客參觀一天。

2.使永動機主題公園的營業收入能夠保持公園的良好運營，具有盈利能力，再擴建能力。

三.目的1.為建園地區增添一處具有獨到和創新特色的旅游景點，吸引更多的人到永動機主題公園來觀光，提高旅游產業的創匯能力。

2.利用人們對永動機主題公園的欣賞、探密、評論、批判、爭論等行為，增添人們對永動機主題公園的關注度，吸引更多的高端揭密人員到園區調研、吸引更多的積極

維護能量守恒定律權威和尊嚴的科技人員到園區調研，擴大爭議程度，不怕被誤解，使贊同方和反對方等各種人群都成為主題公園的游客。

3.將永動機3個字占為己有。永動機三字歷史悠久，文化底蘊深厚，它的發展經歷是失敗連著失敗，但圍繞著對失敗原因的探索，又衍生了認知自然規律的新概念，我們不能把永動機當做失敗和愚昧的代名詞，可以考慮注冊永動機主題公園的商標權，在國內保持這一品牌的唯一性，這將是投資方的偏得，可以考慮由永動機主題公園的運營商，申請各個新推出永動機的外觀專利權，保持各種重點造型的壟斷能力，力爭長期保持園區的新穎性和獨特性。

4.使參觀永動機主題公園的青少年，見識到多種多樣的機械傳動機構，開闊視野，提高想象力，學會創造能力。

四.特點

1.園區內分布的永動機歷史悠久,形成多種版本的傳說，這樣，可以根據人們喜好和需要，整理出不同版本的歷史小故事，增添園區的歷史和文化內涵。

2.內容充實豐富。在園區內，既有13世紀的永動機，又有21世紀的永動機，在取力方式上涉及有重力，浮力，永磁力，慣性，彈力，靜壓力等，充分體現人們研制永動機的多樣性。

第四篇：中國科學技術大學

中國科學技術大學（肖像繪制機器人技術研究）

2011年中國科學技術大學研制了一款肖像繪制機器人。其目標是研制出一臺能夠自動繪制人臉肖像畫的機器人，用于科技館的展覽，起到娛樂、教育和科普的作用。

該研究的主要內容包括：硬件系統的選型與設計——包括根據功能需求選擇機械臂，機械臂與畫筆連接部分的結構設計，整體系統布局設計，圖像采集系統的選型。圖像采集與提取算法研究——研究如何使用選定的圖像采集系統實時采集觀眾人臉圖像，保存以及從中提取數據。人臉輪廓提取算法研究——主要包括 YCBCR 色彩空間圖像的分解，迭代閾值法求最佳分割閾值，外輪廓分割算法，輪廓提取算法，人臉特征提取算法，領子輪廓提取算法，去除頭發算法，眼睛和眉毛定位及優化提取算法研究，另外還要研究大量圖像的算法通用性和穩定性，目的是提高針對不同觀眾的臉型特點算法成功率的提升，和系統穩定性的測試工作。機械臂繪畫控制系統方法研究——包括人臉輪廓像素的矢量化處理，繪畫動作規劃算法，機械臂的控制方法研究。

[1]孟盼盼.肖像繪制機器人技術研究[D]:合肥：中國科學技術大學，2011:1-49

第五篇：中國科學技術大學

中國科學技術大學

關于接受自籌經費攻讀碩士學位研究生協議書學號：_________________

姓名：___________身份證號：_________________ 通過研究生入學考試的初試和復試，經審核，中國科學技術大學研究生院同意錄取______________為自籌經費工商管理專業學位碩士研究生(MBA)。就在讀期間的有關事宜，雙方協商達成以下協議：

一、自籌經費專業學位研究生在讀期間必須按時交納學費。學校不接受研究生檔案、戶口轉入。生活費用及醫療費由研究生本人負責。

二、自籌經費專業學位研究生培養方式和培養要求以及學歷、學位證書均與國家計劃內研究生相同，學制3年。

三、收費標準：學費共人民幣6萬元，分二次交清。

四、自籌經費專業學位研究生不享受我校為國家計劃內研究生設立的助教助研崗位津貼。

五、自籌經費專業學位研究生入學報到時，支付學費3萬元。第三學期開學注冊支付學費3萬元。甲方若逾期交付學費，乙方有權拒絕該生注冊入學。繳款時請注明學號（見錄取通知書）、姓名、學費。

六、自籌經費專業學位研究生在讀期間，若觸犯國家法律法令或嚴重違反校紀校規，導致無法繼續在校學習者，本協議自行中止，已付學費不退還。

七、本協議一式2份，雙方各執1份，經雙方簽字蓋章后生效。

八、本協議內容如有與今后國家頒發的有關規定抵觸者，須按國家規定進行修訂。中國科學技術大學管理學院（蓋章）

負責人（簽字）：

培養單位代表（簽字）：經費籌集人（單位）（簽章）

日期：2014年月日 日期：2014年月日