2022-2023学年高二物理竞赛课件：第一、第二类永动机

第一第二类永动机 LOGO www.themegallery.com LOGO 永动机的想法起源于印度。公元年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。历史上，人们提出了很多种永动机的制作方案，虽然人们经过多种尝试，做了多种努力，但永动机无一例外的归于失败。人们把这种不消耗能量的机器叫做第一类永动机。 第一第二类永动机 2 www.themegallery.com LOGO 能不能制造完全将不同种形式互相转化而无损失的热机呢？这种热机无冷凝器，只有单一的热源，它从这个单一的热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化。不能！人们把这种想象中的热机称为第二类永动机。 第一第二类永动机 3 www.themegallery.com LOGO 第一第二类永动机 机械能和内能的转化具有方向性。 热力学第一、第二定律 任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有的制造能量 永动机无一例外的归于失败！ 4 www.themegallery.com LOGO Title in here Title in here Title in here Title in here 第一第二类永动机 转轮“永动机” 滚球“永动机” 流水落差“永动机” 浮力“永动机” 放射性永动机 磁力永动机 电场永动机 历史上的第一类永动机 5 www.themegallery.com LOGO 转轮“永动机” 在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止的沿着顺时针的方向转。 6 www.themegallery.com LOGO 转轮“永动机” 虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，只有四个，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数却有八个之多。于是轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在图中所画的位置上。 7 www.themegallery.com LOGO 滚球“永动机” 文艺复兴时期意大利的达·芬奇设计上如图所示的装置。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量。但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。 8 www.themegallery.com LOGO 滚球“永动机” 由杠杆平衡原理可知，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。如果没有摩擦力和空气阻力，且忽略碰撞中的能量损耗，给轮子一个初速度，轮子就能依靠惯性永不停息地转动。 9 www.themegallery.com LOGO 流水落差“永动机” 十六世纪七十年代，意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。他在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。 10 www.themegallery.com LOGO 流水落差“永动机” 　实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。 11 www.themegallery.com LOGO 浮力“永动机” 所示装置中，档板将容器分成相等的两部分，左边容器装满水，右边容器装满水银，一匀质球可绕固定的水平轴转动。该装置的设计原理是右边半球所，受浮力大于左边半球所受的浮力，在浮力力矩的作用下球将绕轴转动。 12 www.themegallery.com LOGO 浮力“永动机” 该装置在设计过程中忽略了作用力的方向。我们知道，液体压强是向四面八方的，液体对球除了有向上的作用力，还有其它方向的作用力，球体在液体中所受压力的作用线是穿过球心的。因为液体对球的压力方向垂直于球面（任一小面积元上均如此，可计算合力也如此），所以球体所受对轴的转动力矩为零，球不会绕轴转动。 13 www.themegallery.com LOGO 放射性永动机 所示的装置是一位物理学家没计的一种使用钍的“永动机”。它是在密闭的玻璃球壳中，放入玻璃管，将具有放射性的钍盐密封在玻璃管中，是两片彼此紧靠的金属箔，是贴在玻璃球壳内侧的金属板，金属板接地。这个装置