既然沒有永動機,那為什麼分子可以不停地做無規則運動?

cola吳


分子動理論中講過,分子在永不停息地運動著,不論是固態、液態還是氣態,也不論溫度的高低。有人還經常拿地球的自轉、公轉為例,試圖說明存在一直在運動的物體,也就是認為宇宙中存在永動機。

永動機的英文名為Perpetual motion machine,從字面意義上看是永遠在動的機器。最開始命名的時候人類尚未認識到能量守恆定律(熱力學第一定律),也未認識到熱力學第二定律,那時候人們的設想就是製造一臺永遠在運動的機械來為人類做各種工作。中世紀時期的達·芬奇就曾設計過一種著名的“永動機”,當然這臺機械實際上轉不幾圈就會停下來。

19世紀,能量的轉化與守恆定律逐步建立了起來,人們才認識到摸索了至少幾百年的永動機之所以不能製成是因為違背了能量守恆定律。動只是現象,能量才是本質。如果人類先認識到能量守恆定律然後再有一些人試圖製造“永動機”,這樣的話“永動機”這個名字很可能就會變成其他。你認識到了地球繞著太陽年復一年地轉動,你更應該認識到地球繞太陽轉動過程中受星際物質的影響,機械能在逐漸變小。在你的生命歷程中會覺得地球一直在動,你沒有看到的是40億年前地球比現在運動的快。能量守恆在地球和太陽組成的系統內一直成立,你能夠設計出一個裝置,將行星轉動時的機械能轉化為人類需要的能量,但不論怎麼轉化,地球以及其他行星繞太陽的轉動不會違背能量守恆定律。一個人造探測器藉助木星的引力彈弓獲得了加速度,探測器的能量增加了,木星的能量也會相應地減少。

分子永不停息地運動時同樣要遵守能量守恆定律。物體的溫度升高就意味著內能增加,從微觀上看就是分子無規則運動時的平均動能增大。一個物體的分子平均動能及分子勢能的總和就是物體的內能,物體的內能可以對外做功,汽油機、柴油機等熱機就是將內能轉化為機械能的裝置。內能和機械能的轉化是有方向性的,機械能可以全部轉化為內能,而內能向機械能的轉化效率永遠不會達到百分之百。這是由熱力學第二定律決定的,不可能從一個單一熱源吸收能量使其全部轉化為有用的功而不引起其他變化。熱力學第二定律還有一種表述是:第二類永動機是不可能製成的。這第二類永動機的目的也並非是讓物體一直在動,而是想從物體那裡獲得源源不斷的能量並對外做功。它並不違背能量守恆定律,故和違背能量守恆定律的第一類永動機區分開來。


刁博


首先,誰告訴你“永動機”就是永遠動的物體的?

我記得小學語文老師就反覆強調千萬不要望文生意,不能按字面理解意思。有些人就是不聽。

小學語文都叫你不要望文生意了,你後來學物理還望文生意? 永動機有“永動”兩個字,就是永遠運動的物體了?你學物理完全不看定義,只按字面理解麼?你怕是要把老師活活氣死。

用動機的定義是,不需要消耗能量,而源源不斷向外做功的機械。 所以顯而易見,分子並不是永動機。

其次, 關於分子無規則運動的問題。

中學一定學過,分子無規則運動,其表徵是溫度。 也就是說,溫度越高的物體,分子無規則運動越劇烈。

物體做無規則運動的原因,就是因為有能量輸入。比如你燒水時,火的熱能傳遞到水中,水分子的無規則運動就會越來越劇烈。

當你把火關了,切斷能量輸入,水分子的無規則運動就會慢慢變緩,這是因為熱水開始向外輻射能量。

那麼熱水的無規則運動會不會最終停止?當然不會,這是因為當水的溫度降低到和周圍環境溫度一致時,就不會再繼續降低了,因為周圍的空氣也是有溫度的,空氣會源源不斷的給水輸入能力,最終達到熱平衡。

那麼空氣為什麼會維持一定的溫度? 這是因為有太陽不斷的向地球輸入能量。地球上一切風雨雲等等的運動,其實都是太陽能。

所以你要明白,分子的無規則運動並不是永遠的,沒有能量輸入的話,分子無規則運動就會越來越慢,最終趨於停止。 比如,你把一個物體拿到周圍沒有任何恆星,沒有任何物質的宇宙角落,這個物體的溫度就會越來越低,最後接近絕對零度。 當然,永遠能達到絕對零度,不過這個和能量無關,想明白為什麼,以後學習量子力學吧。


shawn25


分子運動的原始能量來自宇宙大爆炸,運動快慢的體現就是溫度,分子運動的能量仍然遵循能量守恆定律。物體溫度降低,運動變慢,能量由內部轉移到外部。物體溫度升高,運動變快,能量由外部轉移到內部。分子運動看似是永動的,是因為外部始終有能量輸入,比如我們地球始終在太陽的照射下,分子運動得以維持。如果沒有外部能量輸入,物體將會冷卻,分子運動會變慢,因為物體會向外輻射紅外線,但任何物體也無法達到能量只輸出不輸入的狀態。即使在宇宙深處,遠離恆星的地方,也存在宇宙微波背景輻射,這是宇宙大爆炸的餘溫,溫度大概是-270.15攝氏度,這個溫度在絕對零度以上,能夠維持分子運動,儘管運動十分緩慢。因此分子運動不是永動,而是有能量輸入來支持,宇宙大爆炸的餘溫確保了溫度不會達到絕對零度,確保了分子運動不會停止。如果太陽消失,地球開始冷卻,最後的溫度將和宇宙的餘溫一樣,3K左右。


jackson316


提問者一點物理素養都沒有,對永動的“動”是什麼意思一點概念都沒有。這裡的動是指“運動嗎”?運動是絕對的,牛頓力學還認為,一個物體初始狀態如果是“運動”的,如果不受外力作用,將保持勻速直線運動。

在統計熱力學上,描述分子運動劇烈程度的物理量是溫度。在一個孤立系統,與外沒有物質和能量交換,在0k以上,分子當然保持無規則運動,分子的平均動能保持不變,但這叫“永動”?永動是源源不斷地向外界輸送能量(第一類永動機),都沒有能量交換,就自己運動,提供了什麼能量?

上述說的第一類永動機,說第二類,如果你能直接用分子運動的能量,也就是熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不發生其他任何變化,或者直接用你的“永動”的分子運動做功,而不發生其他變化,那也能實現“永動”。


每天卸載2次魯大師


首先即使分子也不會永遠做無規則的運動,在宇宙中存在絕對零度的角落,在這裡的分子的動能為零。

其次分子不停做無規則運動的能量來源是有外部根源的,一個根源是太陽這類恆星的核聚變能量輻射,另一個根源是地球這類行星內部的核裂變能量輻射。

再次永動機不光要永遠運動,還需要有能量輸出,這是不符合能量守恆定律的,所以不存在。


軍都弩


這問題很傻,誰告訴你沒有永動機的?只要在無阻力情況下,都可以輕鬆實現永動。但是,如果讓它輸出能量還保持永動,那就是笑話了。如果能做到摩擦阻力和電阻為零,你完全可以讓電動機帶動發電機,發出的電再供給電動機如此循環往復永不停止(如果想取出電能利用它就會停下來)。但是,阻力和電阻是沒法消除的,我們能做到只能盡力減小它的損耗。


隨遇而安154247112


看了許多回答,真是為我們國家的教育感到擔憂!很多人對小鮮肉的八卦瞭如指掌,確不知道科學界的波爾是誰!

微觀世界是另外一番景象,用宏觀運動的規律無法解釋!除了牛頓第三定律,牛頓其它兩個定律不適合微觀領域。

題主的問題,也是18~20世紀困擾科學大咖的問題,幸好都被解決了,同時也誕生了盧瑟福、費曼、海森堡、普朗克、薛定諤、波爾、愛因斯坦等物理大咖,同時也誕生一門新的學科:量子力學。它完全顛覆了我們的世界觀,甚至是人生觀!

讀一下量子力學的科普書,你可以瞭解到在微觀世界能量是可以不守恆的,鐵是可以變黃金的,電子是可以轉一輩子而不消耗卡路里的,一個人同時出現在兩個地方是有道理的!當然,分子也是可以不停運動下去的!

量子力學看起來如此怪異,這是因為我們看慣了宏觀物體運動規律,這是一種感性認識。量子力學不是一門玄學,它與宏觀運動規律並不矛盾,它不但適用於微觀領域,而且也適用於宏觀領域,反之卻不行。

量子力學並不是高高在上,它與我們的生活息息相關,例如:我們正在發帖子的手機用的芯片,核電站,你家新車選裝的可以亮瞎眼的激光大燈,一次性餐具輻射消毒,伽馬刀,CT,核磁共振,這些都量子力學發展的成果。


不是打球的料


永動機光光運動可不夠!永動機的概念是不添加任何物質與能量的同時益增出能量的機器!質能守恆定律在常規狀態下是無法被打破的!能量密度在超過臨界值才會有戲可唱!找到這樣的空間方能實現真正意義上的永動!傳說中的負能量或許可以,數學意義上的高維度有可能也行,曲泡的內部看來也行,黑洞的動態引力場也有機會成為永動!有人說太陽是永動機,No.主流認為它只是將大量氫聚變成氦,原子核質量差的悄悄減少才永不停歇的向外輻射能量!引力場控制其實也不算,月球每年以3.7釐米的速度在逃逸出地球重力場控制範圍終有一天它會被引力彈弓強行拋出去!至於整個宇宙是不是永動,不好說啊,因為我們只是在光速中看宇宙,天知道一光年開外現在到底是怎麼樣了,也許已經不存在了,那可是一年前的光影!至於分子為何可以運動呵呵是熱量,如果你夠牛逼可以將分子溫度搞到絕對零度它會被完全“凍住”!


j菸嘴


咱先來講一下為什麼永動機不能實現。

永動機分為兩類,即第一類永動機和第二類永動機(這名字起的是有多隨意)。

第一類永動機

第一類永動機違背了熱力學第一定律,即能量守恆定律。



比如說一個電風扇,眾所周知,電風扇消耗電能,從而輸出機械能。試想,如果我給電風扇安裝一個發電裝置,使電風扇轉動時能夠發電,並且供自己轉動,這樣不就永動了嘛,但這是不可能實現的。

原因如下:能量是守恆的,假如扇葉轉動產生100J機械能,那麼消耗的電能就是100J,如果使扇葉持續轉動,那麼電風扇會經歷這樣一個過程:100J機械能——100J電能——100J機械能——100J電能……但是,若果這樣,電風扇就不能向外輸出能量,話句話說,如果電風扇向外輸出能量,就不能使自己保持持續轉動。

熱力學第一定律的提出,宣佈了第一類永動機的死亡。

第二類永動機

第二類永動機違背了熱力學第二定律,即不能從單一熱源吸熱,使之完全轉化為有用功而不產生其他影響。



第二類永動機的初衷是吸收空氣,海水等物質中的熱量,並源源不斷的轉化為機械能,聽起來似乎是可行的,那麼,為什麼現在科學還沒有實現呢?

舉個例子,相信大家都聽說過蒸汽機,蒸汽機的工作過程大致如下:燃料燃燒釋放大量的熱——加熱水產生大量水蒸氣——推動機械運動,那假如我把燃料換成一個可持續供熱的熱源,是不是就可以使機械一直運動呢?答案是否定的,其一,熱量的傳遞需要溫度差,若水的溫度增加到與熱源溫度相同,就不會再繼續吸收熱量。其二,水並不是用之不盡的,當這些水全部汽化後,並沒有使水重新液化的環境。

熱力學第二定律的提出,宣佈了第二類永動機的死亡。

好的,解釋完兩類永動機,咱們來白話白話分子用不停的無規則運動。

分子熱運動

分子無規則運動又稱為分子熱運動,由於分子很小,我們不能直接觀察分子是怎樣運動的,但我們可以通過間接的方式,沒錯,就是布朗運動。

1827年,植物學家布朗通過顯微鏡首次發現懸浮在水中的花粉粒子,永不停息做無規則運動,因此把懸浮微粒無規則運動稱為布朗運動。後來發現,布朗運動實質是分子運動撞擊所致。



布朗運動的劇烈程度與溫度有關,溫度越高,懸浮微粒運動越劇烈,溫度越低,布朗運動越遲緩,但無論溫度降低到何種程度,都能觀察到布朗運動現象發生,言外之意,分子永不停息的做無規則運動,由於分子運動劇烈程度與溫度有關,因此又被稱為分子熱運動。

為什麼溫度越高,分子熱運動越劇烈呢?那是因為分子吸收了足夠的熱量而轉化為動能,所以分子運動加劇了,當溫度降低時,分子單位時間內吸收熱量變少,從而轉化而成的動能也隨之減少,分子運動變得遲緩,試想,當溫度達到絕對零度,分子還會運動嗎?

從某種角度講,分子熱運動也遵從能量守恆定律,分子一直運動並對外做功(布朗運動,分子撞擊微粒使微粒不停運動),是因為分子可以從周圍環境中不斷的吸收熱量並轉化為動能,言外之意,分子熱運動並未違背熱力學第一定律,因此,不能把分子熱運動看做永動機。


老朱物理課堂


分子的運動都有一個力促使它,否則是不會運動的,宇宙中任何物體的運動都有一個力促使,比如地球的運轉也要靠太陽之力來推動它。


分享到:


相關文章: