第二类永动机(微课课件)
高中物理 侯雷钢选修3-3第10章第4节 8第二类永动机
总结
第二类永动机
分析热机的组成
分析热机的效率
开尔文的论述
历史回顾
定论
有热源（高温热源）和冷凝器（低温热源）
工作时总要向冷凝器中散热，总有Q1＞W. 即使是理想热机，无摩擦、无漏气，也不可 能把吸收的热量Q1全部转化为机械能。
分析热机的效率 是我们这节课的重点强调的内容 以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生 高温热源 的热量为Q吸，推动活塞做功W，然后排出废 气，同时把热量Q放散发到大气中， 能量守恒定律可知
第二类永动机
第二类永动机 在热力学第一定律问世后，人们认识到能量 是不能被凭空制造出来的，于是有人提出， 设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸 取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动 热机 高温热源
Q1 W
对外做功
和功输出的源头，这就是第二类永动机。
从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。
热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑，而这一定律 的表述方式之一就是：
第二类永动机是不可能制成的。
历史回顾 历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约翰·嘎姆吉为美国海军 设计的零发动机。
这一装置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但 是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源 存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。
第二代第二类永动机
概括来说热力学第二定律的表述主要包括两个方面：1热机和热电偶发电。
系统中，利用机械能形成温度差所消耗的能量大于利用此温度差形成的能量转化所产生的能量。
2压缩气体做功。
利用机械能压缩气体所消耗的能量大于做功形成的能量。
热力学第二定律说明的是第一代第二类永动机不能做成功。
总的来说热力学第二定律表明：机械能能压缩气体、形成温度差，此过程熵增加了。
本理论表明：浓度差的形成是不依靠机械能。
热力学第二定律与本理论的区别是：形成做功的条件是否要依靠机械能。
图（1）中，在重力势能转化为机械能时，水的流动产生的浓度差，是不依靠任何能量的。
图（2）中，浓度差的形成是依靠电势能，也不是依靠机械能。
本理论是第二代第二类永动机。
在热力学第二定律基础上，第二代第二类永动机的创新是：不依靠机械能产生温度差、压缩气体。
在用“墙”隔离的两个房间内开一道”弹力门” ,此“门”只充许一个分子通过，A房间有门框，门两边没有把手，只能推门。
熵增的热力学理论只能表明：B房间的几率大的分子更喜欢去推门，A房间有门框，分子推不开门，不能进入到A房间；A房间的几率小的分子偶尔去推门，房间没有门框，分子能推开门，进入到B房间。
再在墙上增加一个通道，B房间的几率大的分子进入到A房间比A房间的几率小的分子进入到B房间多，产生扩散·降温。
这样就能源源不断的得到热能。
它并没有违背熵增的热力学理论。
说明第二代第二类永动机是可能存在的。
分析：图（1）中，溶液的密度大于水的密度，半透膜只允许水通过，根据渗透、反渗透、液体压强和连通器的知识有[-e水 g(h1+h2+h3)+e水gh2+P1+elgh3+(-P2)]=0。
溶液的浓度平衡可知：溶液的浓度处处相等。
有上方半透膜水产生的渗透压与下方半透膜水产生的渗透压大小相等、方向相反。
即P1+（-P2）=0。
有h1=（el- e水）h3/ e水。
再利用水面的高度差h1,做成利用水的重力势能的动力机械有：递增函数f(P1-P2)=h1=[(el- e水）gh3+(P1-P2)]/ e水g，-(el- e水）gh3小于、等于P1-P2小于、等于0。
热力学第二定律CAI子课件用户手册
热力学第二定律CAI子课件用户手册第一章讲解演示CAI单元1.1基本概念热力学第二定律：开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的；克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。
第二类永动机：从单一热源取得热量，并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机，称为第二类永动机。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
孤立系统熵增原理：若孤立系统所有部分的内部以及彼此间的作用都经历可逆变化，则孤立系的总熵保持不变；若在任一部分内发生不可逆过程或各部分间的相互作用伴有不可逆性，则其总熵必定增加。
定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。
可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，这样的过程称为可逆过程。
热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热机循环。
制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温称为制冷。
制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机。
热泵：将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵。
理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程，则该热机称为理想热机。
卡诺循环：在两个恒温热源间，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环，称为卡诺循环。
卡诺定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机，以可逆机的热效率为最高。
自由膨胀：气体向没有阻力空间的膨胀过程，称为自由膨胀过程。
不可逆作功能力损失：不可逆过程作功能力损失等于环境温度与孤立系统熵增的乘积。
1热力学第二定律CAI 子课件用户手册2作功能力：作功能力是指从某状态的热源中吸取一定量的热量或对于一定状态的闭口系统工质或开口系统流动工质，可逆地过度到环境状态所能转换最大有用功。
1.2公式及适用条件熵的定义式：⎰=∆21T qs δ J/kg K工质熵变计算：12s s s -=∆，⎰=0ds工质熵变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态熵的差值。
第二类永动机简介
推动机械运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没
有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。
•
1820年代法国工程师卡诺设计了一种工作于两个热源之间的理想
热机——卡诺热机，卡诺热机从理论上证明了热机的工作效率与两个
热源的温差相关。德国人克劳修斯和英国人开尔文在研究了卡诺循环
和热力学第一定律后，提出了热力学第二定律。这一定律指出：不可
黄维与永动机
• 淮海战役中被俘的兵团司令黄维，在担任国民党联勤副总司令时，便听人说，全世界的科学界都认 为迄今还没有发明出来的、是一种不须要使用任何能源的“永动机”，如果能创造出来，则再也不 会存在什么“能源危机”，便给人类带来丁无穷的幸福，永远为人类所敬仰。黄维从那时起。这位 拿枪杆子出身的将军，便下定决心．想突破全世界所育科学家没有发明出的这种不须用任何能源作 动力的“水动机”为人类造福。这种愿望虽好．但没有科学基础纳入，想造出全世界的科学家都没 有能制造出来的东西，真是谈何容易。可是，他始终坚决相信，“只要功夫深，铁棒磨成针”， “有志者事竟成”。所以，他在被俘前没有能完成的“伟大事业”，被俘后、还是专心致意地钻研， 这种精神实在可贵。但泼冷水的也很多，他却套不动摇。战犯集中改造后，他更认为有条件可进一 步研究，并绘制出图样，想进行试制。管理人员为在改造期间，是以学习与改造思想为主，这些似 有点“不务正业”．而不表示支持。他则不管在任何时候、任何场合都把自己这一愿望提了出 来．并给这种还没有发明出来的机器定名为“黄维永动机”。他认为只要能制造成功，就可以惊动 全世界，个人自由，不请自来。所以，他把学习等视为多余的、没有必要的事，不仅在学习发言 中．不厌其详地反复谈他的。永动机”．而臣在外单位找他写—些临时性十朋材料，询问他解放前 的许多情况时，他在写材料的纸上也是写上他坚决请求支持他创造“水动机”的问题。管理所的负 责人拿他实在没有办法、只好同意他的话求，把他设计出来的图纸，送到中国科学院去审查研究， 几个月后。得到的答复是：“经过反复实验，这种机器图纸，根本不可能达到不需要任何能源而能 自己永远转动的设计要求。”很多人便认为既经过科学院鉴定都认为不可能，不要再搞了。他还是 认为负责签定的人不懂科学，他的设计是可以实现的。管理所的领导便组织所有战犯和他辩论。他 仍不服，还是坚持要继续研究，肯定可以制造出来，出于他始终不放弃他这一主张，而把学习改造 放在一边．所以第—批持赦时，虽然他有许多优越条件可以争取早日出去，他却没有轮到。但他满 不在乎。当时台湾还是陈诚的势力占优势、他是陈诚的亲信高干之一．他的同事和部下，都在台湾 军事方面负重要责任．他的特赦可以起一些影响，而他却坚决表示决不改变他这一志愿，所以几次 特赦都没有他。直到1975年．全部释放时。他也得到了特赦。可惜的是，直到今天，他特赦后有了 很多良好的条件，但“
永动机
摘要永动机是不消耗能量而能永远对外做功的机器，它违反了能量守恒定律，故称为“第一类永动机”。
在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，故称为“第二类永动机”。
有人认为永动机这个名词不是很恰当，他们说：“如飞轮之类，一旦开始运动，若无摩擦阻力作用，是可以永久继续运动下去的，这在实际上虽然不易实现，但是在道理上说得通，可以看作一种实际的极限情况。
”他们还认为：“所谓永动机并不是指这种情况，不是试图去保持永恒的运动，而是期望在没有外界能源供给，即不消耗任何燃料和动力的情况下，源源不断地得到有用的功。
”在人们还没有掌握自然的基本规律时，这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人，他们付出了大量的智慧和劳动，追求这种梦想的实现。
但是，现在永动机还未能发明，没有任何一部永动机被实际地制造出来，也没有任何一个永动机的设计方案能受住科学的审查。
关键词：永动机；第一类永动机；第二类永动机；能量守恒定律；热力学第二定律；1.想法起源永动机的想法起源于印度，公元1200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。
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。
设计一个轮子，轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12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地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。
这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。
仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。
于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停下来。
后来，文艺复兴时期意大利的达•芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了一个类似的装置，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，但实验结果却是否定的。
鲁科版高中物理选修1-2：第二类永动机设想的破灭_课件1
• 在地球引力作用下，越接近 地面，大气的压力越大，气 体分子的动能越大，温度也 越高。而反之越到高空，大 气压力越低（如高原气压 低），气体的动能也越小 （而势能增加），温度也越 低。由此产生高空与地面的 温差，这个熵减环境能量是 巨大的，其中下雨的能量 （包括水电站等），部分就 来致它。如加以利用，就可 以制造出第二类永动机。
• 该装置设计是：有一个有高度的 容器，是利用‘下热’‘上冷’ 温差的能量进行能源利用。该有 高度的容器，内还有一个内保温 桶（内侧是反光壁），该保温桶 内装有可透过红外线的气体，而 内桶外容器中的气体，是不能透 过红外线的气体。由此内桶低部 的高温区，（有散热翅加温）使 温度升高，由于红外线照射传导 的作用，该高温传到了内桶上部， 由此在内桶的上面温度升高，由 于容器上端是冷端，这样，内桶 顶壁内外温差很大。有了温差，
• 叶轮，该气流推动叶轮，带动发电机发电， 由此利用能量。
• 具体设计如图：
反证法证明卡诺热机
第二类永动机假设
• 物体有温度，就有能量，温度能量显示，在“布朗运动（自由的无规律运动）” 就会有充分的体现。
• 布朗运动是在液体和气体中的微粒（直径1/10000 — 1/100毫米），所做的永不 停止，无规则运动。它是在英国植物学家，布朗在1827年用显微镜观察悬浮在 水中的花粉时，发现的。布朗运动是：悬浮微粒，受到周围液体和气体分之， 从各个方向不平衡撞击引起的。
运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽化后
的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液 化，因而不能完成循环。
பைடு நூலகம்
• 1820年代法国工程师卡诺设计了一种工作于两个 热源之间的理想热机——卡诺热机，卡诺热机从 理论上证明了热机的工作效率与两个热源的温差 相关。德国人克劳修斯和英国人开尔文在研究了 卡诺循环和热力学第一定律后，提出了热力学第 二定律。这一定律指出：不可能从单一热源吸取 热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。 热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死 刑，而这一定律的表述方式之一就是：第二类永 动机不可能实现。
【高中物理】高中物理知识点：第二类永动机
【高中物理】高中物理知识点：第二类永动机第二类永动机：第二种永动机无法制造：没有冷凝器，只有一个热源，从这个热源吸收的热量可以用来做功，而不会引起其他变化。
这种热机被称为第二种永动机。
第二种永动机无法制造。
虽然它没有违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律。
相关高中物理知识点：布朗运动布朗运动：1.概念：悬浮在液体中的固体颗粒所做的无规则运动2.条件：在任何温度下，悬浮在液体中的任何固体颗粒都可以进行布朗运动3.起因：液体分子对微粒撞击的不平衡4.特点：① 只要液体不干，布朗运动就不会停止②微粒越小，布朗运动越显著③ 液体温度越高，布朗运动越显著5.意义：布朗运动虽不是分子的运动，但反映了分子运动的情况6.备注：① 分子的运动是不规则的，但不是不规则的，并且遵循统计规律②布朗粒子的等时位置连线图不是粒子运动的轨迹布朗运动和热运动的比较：相关高中物理知识点：分子间的相互作用力分子间空隙基于：分子可以永不停息地运动气体很容易被压缩水与酒精混合后总体积减小物体的热膨胀和冷收缩等分子力：1.概念：引力和斥力同时存在于分子之间，分子力是两者的合力。
2.存在依据：分子间有空隙，但液体仍有一定的体积，固体有一定的形状和体积等；固体很难被拉断，固体、液体很难被压缩等3.分子间引力和斥力随分子间距离的减小而增大，但斥力随距离变化迅速，分子力与分子间距离的关系不是单调的相关高中物理知识点：物体的内能物体的内能：1.定义：物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫做物体的内能2.备注：① 物体的内能与物体的温度和体积以及物体中所含分子的数量有关②物体做机械运动具有的机械能对物体的内能没有贡献③ 所有物体都有内能内能与温度、体积的关系：（1）内能和温度之间的关系。
温度只是物体中分子热运动平均动能的符号，而不是物体内能的符号。
对于高温物体，内部能量不一定很大；对于温度较低的物体，内部能量不一定很小。
同一物质在相同温度和质量下的内能也会因状态的不同而不同。
第二类永动机简介 ppt课件
第二类永动机简介
• 另外在1980年代的巴黎博览会上，曾展出 过一种“永动机装置”：这个装置是一个 不停转动的大轮子，参观博览会的观众对 这架永动机非常好奇，纷纷逆旋转方向推 动轮盘，以期阻止轮子的转动。这个永动 装置的设计者正是利用了观众的好奇心， 让他们向后转动轮盘的动作为永动机上紧 发条，维持装置的运转。
• 所属学科：
– 电力（一级学科）；通论（二级学科）
• • 热机 • 热机原理是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮
机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。热机通常以气体作为工质（传递能量的媒介物质叫工 质），利用气体受热膨胀对外做功。热能的来源主要有燃料燃烧产生的热能、原子能、太阳能和 地热等。
能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。热
力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑，而这一定律的表述
方式之一就是：第二类永动机不可能实现。
第二类永动机简介
• 科技名词定义 • 中文名称：
– 热机
• 英文名称：
– heat engine
• 定义：
– 吸收热能并将其中一部分转换为机械功向外 输出的原动机。
第二类永动机简介
• 鲁道夫·尤里乌斯·艾曼努尔·克劳修斯（Rudolf Julius Enmanvel Clausius，
• 1822-1888）德国物理学家，是气体动理论和热力学的主要奠基人 之一。），1822年1月2日生于普鲁士的克斯林（今波兰科沙林）的 一个知识分子家庭。曾就学于柏林大学。1847年在哈雷大学主修数 学和物理学的哲学博士学位。从1850年起，曾先后任柏林炮兵工程 学院、苏黎世工业大学、维尔茨堡大学、波恩大学物理学教授。他 曾被法国科学院、英国皇家学会和彼得堡科学院选为院士或会员。） 因发表论文《论热的动力以及由此导出的关于热本身的诸定律》而 闻名。1855年任苏黎世工业大学教授，1867年任德意志帝国维尔茨 堡大学教授，1869年起任波恩大学教授。
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首个成型的第二类永动机
历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约 翰· 嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的 热量将液氨汽化，推动机械运转。
卡诺热机
1820年代法国工程师卡诺设计了一种工作于两个热源之 间的理想热机——卡诺热机，卡诺热机从理论上证明了热机 的工作效率与两个热源的温差相关。
首个成型的第二类永动机
历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约 翰· 嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的 热量将液氨汽化，推动机械运转。
失败原因：这一装置无法持续运转，因为汽化后 的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液 化，因而不能完成循环。
热力学第二定律
热力第二定律有多种表述，常见的两种表述是：
第二类永动机
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。
注定失败
因为它违反了：热力学第二定律！！！
第二类永动机
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。 人们把这种想象中的热机称为第二类永动机。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单一热源
所谓“单一热源”(single reservoir)，是指温度均匀并且 保持恒定的热源，如果热源的温度不是均匀的，则可以从温 度较高处吸收热量，又向温度较低处放出一部分，这就等于 工作在两个热源之间了。 热机做功需要有两个热源，从高温 热源吸热，向低温热源放热，吸热量与放热量之差就是做功 量。“单一热源”是指温度均匀并且恒定不变的热源。在热 力学中所提到的热源，一般是指热容量很大的物体或装置。 当从外界吸收热量时，它的温度并不上升；而向外放热时， 它的温度并不降低。
第二类永动机
第一类永动机
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。
因为它违反了：热力学第一定律ΔU = Q + W 即能量守恒定律！！！