弓 石
引言
『物質的運動是絕對的,凡物均*永動物。既為「永動物」就必不斷吸取能量(第二類永動機允許吸取能)且又不斷作功
(不過所作之功不都合乎人們特定的需要而已)。為何永動機絕不能制成? 』
『浩瀚宇宙中無數作功過程雖錯綜交織、無邊無垠、此起彼伏、永不止息,但總能量卻微末無損。作功並不消耗能!為何永動
機理論不能成立? 』
『它們的機械效率:宇宙是無窮大;永動機是趨向無窮大;壹般發動機小於壹。』
『所謂永動機的制造無非是連接壹條「壹勞永逸」的能量傳遞鏈罷了!』
『文中各例事實永動機均獨立,僅需認同壹例就能接受永動機可制論。』
『守成的科學觀念反駁壹切不合現成理論的事實和見解。創新的科學觀點關註現成理論與事實的微妙差異。科學理論是相對
真理,它的發展是壹部創新史。感謝尊敬的讀者對此文能慎思明辨並不吝賜教,幸甚!』
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註釋*永動物:人常以為置天體表面的靜物(如地上石塊)機械能為零是毫無異議的答案。但宇宙中無機械能絕對為零的物體!如月球表面的石塊(它相對於無數天體都是運動著的——即有機械能的)僅對地球上的海水作功壹項,每日都能使潮汐能微不足道地增加著,它也是不斷吸取能量且又不斷作功的永動物(任何偶然現象遵循必然規律)。然而司空見慣的絕對靜止觀為呼之欲出的永動機理論蒙上了壹層神秘的面紗(現多種永動機未正名也由此,正如人類未知空氣前絕不以為呼吸的是空氣壹樣)。讓我們揭示真相吧,謎底實在很簡單!
論文標題索引:
壹、否定論質疑
二、布朗永動機
三、定義之駁正
四、永磁永動機
五、永磁能之謎
六、諸定義辨析
七、永動機物系
八、樂觀的推論
#正文
壹、否定論質疑
現代自然科學理論以為：永動機是不可能制成的!參閱這壹否定論觀點的有關文字。
見辭海條目永動機:不能實現的空想發動機。有人企圖制造壹種不消耗任何能量就能永遠作功的機器,它違反了熱力學第壹定律,故名第壹類永動機;還有人企圖制造壹種能在沒有溫度差的情況下,從某壹巨大物質系統(如海水、空氣)不斷吸取熱量而將它轉變為機械能的發動機,它違反了熱力學第二定律,故名第二類永動機。
又有眾所周知的『熱力學第壹定律』可表述為外界傳遞給壹個物質系統的熱量等於系統內能的增量和系統對外所作的功的總和。有時也可表述為第壹類永動機是不可能制造的。及『熱力學第二定律』的第(2)種表述說任何熱力循環發動機不可能將所接受的熱量全部轉變為機械能(即不可能制造第二類永動機)。......等等。
多少世紀以來,人們問:永動機能制成嗎?此原始而令人困惑的問題也可表述為:不輸入能量的物系能永遠作功嗎?
現代科學答:自然界壹切過程都服從能量守恒和轉換定律,物系要對外界作功,就必須消耗本身的能量或從別處得到能量的補充,因此永動機不可能制成。(熱壹律公式:Q=△E+A中的A即『系統對外所作的功』)
然而『對外界作功』並非物系作功唯壹的取向,此言已有以偏概全的失誤!
因物系遵能量守恒律對內作功,其內能可不變。不必消耗本身能或從別處得能量補充。細想與外界處熱平衡的氣、液體對其內的布朗微粒作功正是如此。它可稱為不消耗能量永遠作功的第壹類永動機——布朗永動機!(在本文二標題文中論及)。
另:物系對外作功耗散能還可返還本身,上述語句又涉瞻前不顧後的疏忽!
因物系對外界作功時,可由中介物系不斷吸取耗散能同時將等量能返還之。該物系既間接以己之耗散能補充本身,也不必消耗本身能或從別處得能量補充。揣摩在狀態不變的孤立空氣系統中的永磁體,磁場能永存。永磁體磁場是不斷吸取和輸出電磁能的場與電磁場壹樣(現代科學曰:永磁體磁場與電磁場本質相同)。它是在無溫度差(或物系狀態不變)的情況下*吸取能的,這恰好解開了第二類永動機不可能制成的『死結』!因而以永磁體供能的第二類永動機——永磁永動機成為此種思路的例證(在本文四、五標題文中論及)。此處所提到的空氣為中介物系。永磁體能象電磁體壹樣作功卻無需電源,其耗散能必傳遞給空氣。
二、布朗永動機
計算題 恒溫環境中有水平放置長4L盛水封閉直玻璃管。從管中部上方惟壹小孔中緩緩撒入質量為M的不易沈降粉劑,因布朗運動粉劑不斷擴散(顆粒運動平均加速度為a)。求粉劑至均勻遍布水中為懸浮液時水對粉劑需作有用功的近似值W。
解:既求有用功近似值,可取L為水對各顆粒作功位移平均值。
∵某顆粒平均受力f=ma,(m為某顆粒質量)。
∴水對某顆粒作有用功為w=fL=maL。
可得水對粉劑所作有用功近似值為:W≈MaL。(此值遠小於實際作功值)
分析:題設過程成懸浮液時,水對顆粒實際作功值A'＞W≈MaL。隨後水仍繼續作功來維持顆粒的布朗運動。每顆粒都象能永遠安全行駛的超微型汽車壹樣,隨著時間的推移其裏程迅猛增長。因而必定:A'→∞。
第壹類永動機定義是壹種不消耗任何能量就能永遠作功的機器。以水作為發動機對照之:因水溫不變而Q=0、內能增量△E=0,它為不消耗能量的物系。但對內的作功值:A'→∞,即永遠作功。此水能將對顆粒作功後的耗散能微末無損地回收的現象不僅解決了流散內能無法重新收集的永動機難題,也對作功必須消耗能量的觀念提出異議。
結論:該機為符合要求的第壹類永動機。
從人們熟知的『布朗運動』中,很容易發現種種永動機效應!如:
廚房裏充滿處熱動平衡狀態的空氣,每當發生煤氣滲漏時,熱運動的空氣分子對縷縷毒氣作功,驅散之。此即『永動毒氣驅除機』!——事實永動機之壹。
處熱動平衡狀態的遊泳池池水,每每對撒入水中的消毒劑(如漂白粉等)作功,擴散之。『永動消毒劑攪拌機』——事實永動機之二。(簡稱攪拌機)
這些個例均為:布朗永動機!
三、定義之駁正
第二類永動機是壹種能在沒有溫度差的情況下,從某壹巨大物質系統(如海水、空氣)不斷吸取熱量而將它轉變為機械能的發動機。
既有吸取壹種形式能量——熱量的第二類永動機定義,為何沒有吸取其他形式能的同類機定義呢?
此疑問顯明了第二類永動機定義的缺欠,它沒有與第壹類永動機定義相同的完全(對任何能量形式的)歸納性。
因此要對其作從特殊到壹般的推演。擬第二類永動機修正定義:壹種不因持續吸取能量引起任何物質系統狀態變化且能永遠作功的發動機。
修正定義正確否?需檢驗其甄別功能(如只有正確的水果定義,才能作區別水果與非水果的依據)!以修正定義中不因持續吸取能量引起任何物質系統狀態變化語句對照以下各例吸取能量的發動機可知:
①拖拉機、蒸汽機車作功耗柴油、煤等——引起能源物系狀態改變,非永動機。
②水力發電機藉水庫的水發電等——引起儲水的物系狀態改變,非永動機。
③人力踏水車、畜力推磨等——引起人、畜體內生化反應物系狀態改變,非永動機。
④太陽能發電等——引起太陽內部物系狀態改變(如核反應等),非永動機。
......等等。
還有哪種非永動機能突破修正定義的『嚴防死守』混跡於『永動機家族』之中呢?以此可證修正定義的正確性。
原第二類永動機定義(現為修正定義的種概念)因其局限性不足以作為此種鑒別的依據(好比不能用水果的種概念蘋果的定義來區分水果或非水果壹樣)。
擬定修正定義有利於開發多種能量形式的永動機。
四、永磁永動機
請看幾例尚未正名的現有永磁永動機:
①永動磁療器:
用永磁體(永磁體——即具有永磁特性的物體,如磁化的硬磁合金、永磁鋼等)作成的磁療器可為患者施行『磁療法』醫治疾病。永磁體的靜磁場源源不斷輸出的磁能『可引起人體的神經、體液、代謝等產生壹系列變化,具有活血化瘀、消腫止痛、消炎、鎮靜等作用。並可用於治療各種疼痛性疾患、軟組織損傷、炎癥、肛腸疾患等』。
人們至今未能找到永磁體磁療器的能源,但它輸出磁能對人體作功是事實。永磁體好象是『白白』輸出能量的。又壹永動機!它滿足第壹類永動機定義不消耗任何能量就能永遠作功的機器的條件。可稱它為:『永動磁療器』——事實永動機之三。(簡稱磁療器)
②永動供磁機:
實際上,永磁體常常扮演『白白』輸出能量的角色。當電動機以永磁體定子取代通電定子繞組時,它能象定子繞組壹樣輸出磁能卻省去了電源供定子繞組的電能。永磁定子與通電定子繞組壹樣所輸出磁能會轉化為電機輸出動能中的壹部,永磁定子就是電動機中的永動機:『永動供磁機』。——事實永動機之四。(簡稱供磁機)
③永動充磁機:
有穩恒電流勵磁線圈的電磁體令鐵磁材料磁化能量從何而來?毫無疑問的解釋是:磁化能來自電源。但以永磁體取代電磁體作同樣的工作卻無『能源』。它也是『無能源』永動機:『永動充磁機』。——事實永動機之五。(簡稱充磁機)
五、永磁能之謎
永磁永動機真能無能源而白白作功嗎?其實不然!永磁體磁場是有能源的(永磁體磁場可簡稱永磁場):
①輸入輸出能之場
有人認為『磁療器』磁療時並未輸出能量,好象地球吸引靜止物體時並未輸出機械能壹樣。其實,永磁場是不斷輸出磁能的場。可通過下述實驗證實:
以n(n=20,21,22┅→無窮大)枚鋼片逐壹接觸永磁體磁極後均被磁化。由此可以肯定:各鋼片被磁化所需能量無疑來自永磁體。即可證:永磁場是不斷輸出磁能的場。
另外:實驗前永磁場能量顯然小於實驗後大量永磁鋼片的磁場能量和永磁體磁場能量(此值與實驗前相等)的總和。若認定永磁場能量必無外來補充,必導致能量不守恒的結論(好比畜電池為多枚電池充電後,本身所儲電能未減壹樣荒謬!)。這又以反證法得知:永磁場必是不斷受到磁能補充的場。
所以永磁場是不斷得著磁能補充又不斷輸出磁能的場。
有人以為此實驗中鋼片磁化需能由鋼片的磁力勢能轉化而來(好象自由落體重力勢能轉化為動能壹樣)。其實,鋼片受磁力吸引靠向磁極時磁力勢能會轉化為動能、振動能、熱能等耗散(這些耗散均可實驗測定)並未轉化為鋼片的磁能。鋼片的磁能仍需永磁場供給。
②外界微粒能能源
永磁場能何以得到補充?其實永磁場能源可來自外界宏觀無磁性物系微粒能。微粒能是物質微粒運動所具有的能量,如:內能、電磁能(因電子、質子等電荷及電子、質子、中子、原子核等磁矩的存在而具有)等。
僅以外界物系的內能無法解釋永磁場磁能來源問題,但由電磁理論知:『...某處(抄者註——此處可指與具波動性的電子直接相關的任何物質分子電流的電磁場)的電場或電磁場壹有變化,不論由於什麽原因,這種變化就不能局限在壹處,總是以光速向四周傳播,形成電磁波。電磁場是物質存在的壹種形式、具有質量、動量和能量...』。其實任何宏觀上無磁性的物質其分子(都有分子電流及微觀磁場)都能向四周傳播電磁波,因而能向永磁體輸入磁能。
通過絕熱去磁等方法而達「基態」的金屬(體內磁感應強度為零)在重新與外界無磁性物系發生能量交換時迅即恢復體內磁場的事實證明:外界無磁性物系微粒能確實能轉化為金屬電磁能。同樣,若永磁體藉絕熱去磁等方法而達「基態」它本身的磁疇同向結構沒有破壞的話(即被測永磁體不可去磁),在重新與外界無磁性物系發生能量交換時則迅即恢復永磁場也可證明:外界無磁性物系微粒能確實能向永磁體輸入磁能。(在磁現象中不排除熱能與磁能相互轉化之可能,如絕熱去磁中順磁性物質磁化時放熱、去磁時吸熱的特性等揭示了這種可能,所以微粒能中的熱能在某種情況下也可能補充磁能)。
③永磁體『勵磁線圈』
永磁體未磁化前因有外界無磁性物系為能源各磁疇就象壹個個天然的『通電微型勵磁線圈』方向各異地抵消著磁性。磁化使它的磁疇方向趨於壹致而分子電流也均同向排列,隨即組合成壹個穩固的『通電隱形大勵磁線圈』顯出宏觀磁場。永磁體與電磁場本質相同的謎底就因它有這特殊的『勵磁線圈』。
由此可知:永磁體並不能『白白』輸出能量。它的能源就是周圍物系微粒能。但對永磁體磁現象的盲然常叫人陷入各種誤區,如認為:1,永磁體不可能輸出磁能;2,永磁體輸出能後它的磁場能量就減少了;3,永磁體能不斷輸出能量卻不需要任何能源;......等等。
對永磁體能源探秘中外界無磁性物系的電磁能易被忽視。常有人認為無磁性物系不可能成為磁能的源泉,事實上微粒電磁能通過無磁性物系進入永磁體使其顯明磁性正與穩恒電流通過無磁性的電池進入電磁鐵勵磁線圈使其顯磁性相似!
很奇妙的是:周圍物系(如空氣)持續向永磁體供給磁能而本身具有的電磁能均不減少(電磁場因線圈安匝值不變而穩恒;同樣,永磁場的穩恒也證明周圍磁源物系狀態的恒定)。合宜的解釋是:永磁體從周圍吸取的能總要等量地耗散於周圍物系。周圍物系就是那輸入、輸出能等量齊觀的中介物系(見壹標題文)。在孤立系統內的永磁體能吸取無序的電磁能而輸出有序的磁場能是值得註意的“反常現象”。
永磁體無論在氣、液、固態物系或者太空環境中均可有磁場(即已具有磁源物系),因而它的使用空間幾乎無所不在。分子電流無電阻,是壹種常溫下的超導現象,永磁永動機的開發必將使它大顯身手。
六、諸定義辨析
重溫定義:
①第壹類永動機:壹種不消耗任何能量就能永遠作功的機器。
②第二類永動機:壹種能在沒有溫度差的情況下,從某壹巨大物質系統(如海水、空氣)不斷吸取熱量而將它轉變為機械能的發動機。
③(修正)第二類永動機:壹種不因持續吸取能量引起任何物質系統狀態變化且能永遠作功的發動機。
以上述定義對照永動機個例判斷它們是哪壹類永動機:
1、攪拌機:合定義①為第壹類永動機;不合定義②,非第二類永動機;但為合修正定義③的二類機。
2、磁療器:合定義①為第壹類永動機;不合定義②,非第二類永動機;也為合修正定義③的二類機。
3、供磁機:合定義①為第壹類永動機;不合定義②,非第二類永動機;也為合修正定義③的二類機。
4、充磁機:合定義①為第壹類永動機;不合定義②,非第二類永動機;也為合修正定義③的二類機。
討論壹上例見四例均合第壹類永動機定義,所以都為合格的永動機。
討論二上例又見,凡合第壹類永動機定義的永動機都合修正第二類永動機定義。因能夠實現的不消耗能量作功的永動機必不可因吸取能量引起其它物系狀態改變;但又必須邊作功邊吸取等量返還的能,否則不可能作功。可見第壹類永動機定義與修正第二類永動機定義是等效說法
討論三上例還可知合第二類永動機修正定義的永動機未合原第二類永動機定義,作為修正定義種概念的原第二類永動機定義之狹隘性顯而易見。
經上述永動機實例的討論有結論:第二類永動機修正定義包括原第二類永動機定義且又成了第壹類永動機定義的等效說法。兩類永動機定義既殊途同歸,可刪繁就簡。可實現的永動機實在只須壹種定義表述已足,即:壹種不因持續吸取能量引起任何物質系統狀態變化且能永遠作功的發動機。它是同時滿足兩類永動機定義的永動機。
至於原兩類永動機的屬概念永動機:不能實現的空想發動機因兩類永動機定義的合而為壹,已無存在之必要。
七、永動機物系
我們可從上述實例探究與永動機有關的各種物系:即永動機能源物系、永動機轉能物系及其它配置物系。它們與壹般發動機及變換機、工作機的關系相似。永動機能源物系,即發動機(從原永動機、第二類永動機定義中可知,永動機即『發動機』)。永動機轉能物系及其它配置物系即為變換機和工作機。先定義兩種物系,它們是制造永動機的要件:
①永動機能源物系——能不因持續吸取能量引起其它物系狀態變化且又保持狀態不變不斷向永動機轉能物系輸出能的物系。
②永動機轉能物系——能從永動機能源物系吸取並轉移或變換能量滿足作功需要的物系。
(永動機能源物系可簡稱永源系;永動機轉能物系可簡稱永轉系)
上述幾例永動機的構成都離不開這兩種物系的作用,如:
攪拌機例中空氣等周圍物系就是永源系,而池水即永轉系。空氣等周圍物系在攪拌機工作時不斷藉池水向消毒劑顆粒輸出(也即傳遞)熱能作功,又從池水吸取返還能保持狀態不變。且因空氣等周圍物系與其外圍物系間也處熱平衡狀態,不崐會因向攪拌機輸出能而引起外圍物系狀態的改變。
供磁機例中也以空氣等周圍物系作永源系,永磁定子即永轉系。還有電動機或工作機等其它配置。
其實上述各例永動機名稱可說是廣義性的:意即它們是包括永源系(發動機)、永轉系甚或其它配置的物系之總稱。
廣義永動機的永源系就是嚴格意義上的永動機(發動機)或可稱狹義永動機。永轉系是永動機轉換能量的必須,無它不能達成永動機作功目的。
上述永動機例讓我們看到:它們常以空氣等周圍物系作為永源系(即發動機),這是為何?
常識說:『任何「孤立系統」溫度差必趨於消失而「死滅」不能作功』。但空氣系統內普遍且必然存在的微粒(熱、電磁)能可作永動機的上佳能源。
為何孤立的平衡態物系能輸出能而不引起其它物系的狀態變化呢?因為科學常識告訴我們:『自然界不存在嚴格的孤立系統,但當系統與外界相互作用可忽略時,可近似地把它看作為孤立系統』。在此『可忽略』的『與外界』的『相互作用』中當了解:
我們看為『孤立系統』的平衡態永源系,其實都是『輸入能量』與『輸出能量』過程處於並存且抵消狀態的物系——並存者說明它是與其他系統有能量交換的非絕對孤立系統(人們因忽略『孤立系統』與周圍物系間『隱藏的』的熱能與電磁能交換過程而導致永動機否定論);抵消者說明它可『收支平衡(否則不為動態平衡)』即系統輸出能與吸取能等量齊觀保持本身物系狀態不變。這樣它(即中介物系或永源系)就得以完成為永動機供能的重任。
永動機工作時允許永源系發生非因永轉系吸取能而有的狀態變化;允許永轉系及其它配置物系狀態的變化。它們不違背永動機定義。
例如:供磁機的永源系即空氣因氣侯及電機散熱而溫變;永轉系即永磁定子內磁通量變化;或電機溫變、電線漏電或所帶動的車床(及被加工零部件)等物系狀態改變等,都不能否定供磁機是永動機。
壹般而言,永動機多為高品位的環保機!
理論的可能是實踐的先導,綜上所述:當我們發現或制造出合乎要求的永源系及永轉系後,制成永動機並非難事。即:永動機是可以制成的!
八、樂觀的推論
上文論及空氣等物系能夠成為永動機能源物系。任何偶然的現象必有其必然規律,是否可推廣之?
有壹樂觀的推論:壹切能自然恒久保持其動態平衡狀態的孤立物系都是永動機能源物系!
所謂自然恒久保持,就是該物系能處於我們使用永動機的自然環境(可以是地球、大氣、宇宙中任何地點)中長期保持狀態。
而動態平衡狀態的孤立物系除了熱學定義的平衡態物系外也可包括含動態平衡的宏觀運動在內的物系(含布朗運動的空氣作攪拌機永源系,即為包括動態平衡的宏觀運動在內的物系)在內。
本文引言註釋中提到月亮上的石塊能供應潮汐能,使我們仰望穹蒼絢麗多彩的星系。當上帝施以第壹推動力後,它們的運行壹直保持著機械能總量守恒的動態平衡狀態!對宇宙這個獨有的絕對孤立系統中,天體運動能能成為永動機能源嗎?
能!『地-月系統』不斷藉海水向潮汐發電站輸送機械能使發電機組運轉發電。『地-月系統』本身的機械能總量不變。這就是壹種永動機效應!
地-月系統為永源系,海水為永轉系,藉著潮汐發電機與其它配置能完成不斷作功的任務。所以地－月系統、潮汐發電機組與相應配置構成了(廣義)永動機。人們確實早已制成此機,即『永動發電機』——事實永動機之六(簡稱潮汐電機)。
作為永源系的地－月系統不可能違背能量守恒定律既向潮汐輸出機械能又無需補償地保持機械能總量的不變。它能得到及時的適量的恒久的機械能補償是藉另壹中介物系來實現的(這種補償無改變狀態的物系為能源。中介物系即使地-月系保持狀態的環境)。
科學史上:現今是個既使用永動機,又容讓無可置疑的永動機否定論並存的瞬間!
#結語
永動機理論賦予動態平衡孤立系統的意義不再是死滅而是可永遠作功(克勞修斯提出熱寂說的推理過程可看為歸謬法。證明『死滅狀態的孤立系不可能作功』為謬誤)。傳統的發動機利用改變狀態的物系輸出的能作功,而永動機利用狀態不變的動態平衡物系能作功(因而熵、焓理論的修正也勢在必行)。
『宇宙』的機械效率無窮大乃因其內每點滴能量都有無限作功機會,超越壹般發動機『有損耗的壹次性』利用能量的限制。永動機以邊輸出邊返還的方式運用能而類似宇宙,因此也有趨向無窮大的機械效率。這自然對傳統的機械效率理論提出了挑戰。
換言之:『所謂永動機的制造無非是連接壹條「壹勞永逸」的能量傳遞鏈罷了!』
永動機可制論符合能量守恒定律。即使它意味著要修正熱力學定律及其它壹些相關理論,也是對守恒律及其他理論的完善。事實上可制論之基礎即能量守恒定律。
本文所呈乃壹孔之見、引玉之磚,切盼有識之士***同努力開創“永動機世界”大有作為無可限量之前景!