从永动机看能量守恒
高中物理的能量守恒定律知识点
高中物理的能量守恒定律知识点高中物理的学习中会有很多关于守恒的定律，下面店铺的小编将为大家带来能量守恒的定律介绍，希望能够帮助到大家。
高中物理的能量守恒定律介绍能量守恒定律内容能量守恒定律也称能的转化与守恒定律。
其内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体;在转化或转移的过程中，能量的总量不变。
高中物理都研究了哪些形式的能量?研究能量守恒定律，要搞明白咱们主要研究哪些能量呢?从解高中物理题的角度来分析，我们主要分析的是这五种形式的能量：动能、弹性势能、重力势能、内能、电势能。
注：内能包括摩擦生热与焦耳热两种形式，高中不考磁能。
动能、弹性势能、重力势能这三种形式能量之和称之为机械能。
当然，上述五种形式的能量，是力学与电磁学常考到的。
选修内容中的机械振动也是具有能量的，还有光子能量，核能等等，这些都不在本文讨论范围内，不过同学们需要知道，光电效应方程与波尔能级方程也都是能量守恒定律的推导。
能量守恒定律的公式E1=E2即，初始态的总能量，等于末态的总能量。
或者说，能量守恒定律，就是说上文提到的五种形式的能量之和是恒定的。
机械能守恒定律与能量守恒定律关系机械能守恒定律是能的转化与守恒定律的特殊形式。
两者大多都是针对系统进行分析的。
(1)在只有重力、弹力做功时，系统对应的只有动能、弹簧弹性势能、重力势能三种形式能量之间的变化。
(2)在有重力、弹簧弹力、静电场力、摩擦力、安培力等等，众多形式的力做功时，系统对应的有动能、弹簧弹性势能、重力势能、电势能、摩擦热、焦耳热等等众多形式的能量变化，而这些能量也是守恒的。
从上述对比中不难看出，机械能守恒是能量守恒的一种特例。
因此，在熟练掌握能的转化与守恒定律内容的基础上，我们可以使用能量守恒来解决机械能守恒的问题。
或者说，能量守恒掌握的非常棒了，我们就可以把机械能守恒忘掉了。
能量守恒定律的前提条件问：什么情况下能用能量守恒定律解题?回答，我们是建立在解物理题技巧的基础上的。
能量守恒定律为什么一个永动机是不可能的
能量守恒定律为什么一个永动机是不可能的能量守恒定律是自然界中一个重要的基本定律，它指出，在一个系统中，能量的总量是不会发生改变的。
这个定律对于整个宇宙的运行和各种自然现象都起着至关重要的作用。
然而，尽管能量守恒定律在科学界得到了广泛的认可和验证，仍然有人幻想着创造一个能够永久运转的永动机，即使这与能量守恒定律是相悖的。
本文将详细介绍能量守恒定律以及为何永动机是不可能的。
一、能量守恒定律的概念和意义能量守恒定律是物理学的基本定律之一。
它表明在一个封闭系统中，能量的总量是不变的，可以互相转换，但不会凭空出现或消失。
换句话说，能量既不会从无中产生，也不会完全消失。
这个定律对于科学家们研究能量转化、能源利用等问题提供了基本准则。
能量守恒定律的重要性体现在以下几个方面：1. 解释自然界的现象：能量守恒定律可以解释自然界中众多的物理现象，如物体的运动、热传导、光的传播等。
它使得科学家能够预测和解释各种自然现象，推动了科学的发展。
2. 指导能源的合理利用：能量守恒定律告诉我们，能量不可能凭空产生，也不可能消失，因此我们在利用能源时要注重节约和可持续性，以避免能源的浪费和枯竭。
3. 促进科学技术的发展：能量守恒定律的理论基础推动了许多科学技术的发展，如热力学、动力学、光学等。
这些科学技术的应用使得人类能够更好地改善生活，推动社会进步。
二、永动机的概念和挑战永动机被定义为能够永久运转，不消耗任何外部能源而产生功的机器。
它是科学史上一个重要的概念，也是一个理想的追求目标。
然而，尽管永动机具有吸引力，但根据能量守恒定律的原理，它是不可能实现的。
永动机的挑战主要来自于以下两个方面：1. 第一类永动机：这种永动机违背热力学第一定律，即能量守恒定律。
它声称能够从一个封闭系统中提取热能并将其转化为功，达到永久运转的目的。
然而，根据能量守恒定律，这是不可能的，因为一个封闭系统中的能量总量是不变的，无法凭空产生更多的能量。
2. 第二类永动机：这种永动机违背热力学第二定律，即熵增原理。
高中物理第七章机械能守恒定律第10节能量守恒定律与能源学案解析版新人教版必修2
第10节能量守恒定律与能源一、能量守恒定律1．建立能量守恒定律的两个重要事实(1)确认了永动机的不可能性。
(2)发现了各种自然现象之间能量的相互联系与转化。
2．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
3．意义能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。
它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。
二、能源和能量耗散1．能源与人类社会人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。
2．能量耗散燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。
电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用。
3．能源危机的含义在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。
4．能量转化的方向性与节约能源的必要性能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性。
所以，能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源。
1．自主思考——判一判(1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多。
(√)(2)做功越多，能量的转化也越多。
(√)(3)外力对物体不做功，这个物体就没有能量。
(×)(4)煤、石油、天然气属于常规能源。
(√)(5)电能、焦炭、氢能属于一次能源。
(×)(6)冒起的煤烟和散开的炭灰可以重新合成一堆煤炭。
(×)2．合作探究——议一议(1) 一个叫丹尼斯·李(Dennis Lee)的美国人在《美国今日》《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机。
热力学定律能量守恒定律
探究点 2 能量守恒定律
【问题8】能量守恒定律守恒定律是某一位科学家 研究旳成果吗？
【问题9】他旳发觉被以为是能量守恒定律旳先驱 旳人和被公以为旳第一种提出能量守恒思想旳人分别是 谁？
【问题10】那两位科学家利用能量守恒定律预言了 中微子旳存在并在后来得到了证明？
探究点 2 能量守恒定律
【问题11】能量守恒定律旳意义？ 把原来人们以为互不有关旳多种现象联络在一起， 把表面上完全不同旳各类运动统一在一种自然规律中
探究点 3 永动机
【问题12】永动机是在什么样旳历史背景下产生旳 【讨论4】第一类永动机失败旳原因 它旳思想违反了能量守恒定律。
小结
1．变化系统旳内能有两种方式： 做功和热传递 ，这两种方式是 等价 旳
2．一种热．力学系统旳内能增量等于外界向它传递旳热量 与外界对它做旳功旳和，这个关系叫 热力学第一定律．体 现式为： ΔU＝W＋Q .
(B)
A．减小20J
B．增大20J
C．减小220J
D．增大220J
解析：气体对外做功W＝－100J，吸收热量Q＝120J.由 热力学第一定律有
ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J.
ΔU>0，阐明气体旳内能增长.
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探究点 2 能量守恒定律
【讨论3】自然界中存在多种运动形式，每 种运动形式都相应一种能量，请同学们讨论 下列运动各相应旳是什么能量？ 机械运动 分子旳热运动 电磁运动
根据能量守恒定律D答案正确。
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探究点 3 永动机
【问题11】既然一切过程都遵从能量守恒，是否能够制造 如图旳这么一类装置（它不需要任何动力或燃料，却能不 断地对外做功）而且加以利用？
探究点 3 永动机
热力学第一定律 能量守恒定律
前情回顾
改变内能的方式有哪两种？ 做功
热传递
对内 （外界对物 体做功）
对外 （物体对 外界做功 ）
内能增加 内能减少
吸热
放热
（物体从外 （物体对外
界吸热） 界放热）
内能增加 内能减少
既然做功和热传递都可以改变物体的内能 那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种联系
永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机 器叫永动机 人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机
魔轮永动机
滚珠永动机
磁力永动机
永动机不可能制成
为什么永动机不可能制成？ 从能量守恒的角度看
根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一 种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成 的.
能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。 从18世纪末到19世纪40年代，不同领域的科学家从不同角度都提出了能量守恒 的思想，人类对于能量守恒的认识经历了一个由浅入深，由含糊到清晰的过程
能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形 式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体； 在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律 。
（1）
（2）根据上一问可知，定容下的比热容小于定压下的比热容
问题与练习
为测算太阳射到地面的辐射能，某校科技实验小组的同学把 一个横截面积是300 的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温 材料包裹，内装水0.6kg。让阳光垂直圆筒口照射2min后， 水的温度升高了1°C。请由此估算阳光直射时地面上每平方 米每分钟接受的太阳能量。
不是永动机，手表戴在手上，手运动的 能量一部分转化为手表的能量
热力学第一定律
1．热力学第一定律热力学第一定律的主要内容，就是能量守恒原理。
能量可以在一物体与其他物体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能自行消失。
而不同形式的能量在相互转化时永远是数量相当的。
这一原理，在现在看来似乎是顺理成章的，但他的建立却经历了许多失败和教训。
一百多年前西方工业革命，发明了蒸汽机，人们对改进蒸汽机产生了浓厚的兴趣。
总想造成不供能量或者少供能量而多做功的机器，曾兴起过制造“第一类永动机”的热潮。
所谓第一类永动机就是不需供给热量，不需消耗燃料而能不断循环做工的机器。
设计方案之多，但是成千上万份的设计中，没有一个能实现的。
人们从这类经验中逐渐认识到，能量是不能无中生有的，自生自灭的。
第一类永动机是不可能制成的，这就是能量守恒原理。
到了1840年，由焦耳和迈尔作了大量试验，测量了热和功转换过程中，消耗多少功会得到多少热，证明了热和机械功的转换具有严格的不变的当量关系。
想得到1J的机械功，一定要消耗0.239卡热，得到1卡热，一定要消耗4.184J的功，这就是著名的热功当量。
1cal = 4.1840J热功当量的测定试验，给能量守恒原理提供了科学依据，使这一原理得到了更为普遍的承认，牢牢的确立起来。
至今，无论是微观世界中物质的运动，还是宏观世界中的物质变化都无一例外的符合能量守恒原理。
把这一原理运用到宏观的热力学体系，就形成了热力学第一定律。
2．热力学第二定律能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。
它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。
也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远作功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。
人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远作功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。
【高中物理】高中物理知识点：能量守恒定律第一类永动机
【高中物理】高中物理知识点：能量守恒定律第一类永动机【高中物理】高中物理知识点：能量守恒定律、第一类永动机
能量守恒定律：
1.内容：能量既无法凭空产生，也无法凭空消失，它就可以从一种形式转变为另一种形式，或者从一个物体迁移至另一个物体，在转变或迁移的过程中，能够的总量维持维持不变
2.能量形式的多样性：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等，可见，在自然界中不同形式的能量与不同形式的运动相对应
3.相同形式的能量间转变：“摩擦生热”就是通过消除摩擦力作功将机械能转变为内能；水壶中的水融化时水蒸气对壶盖作功将壶盖顶起，说明内能转变为机械能；电流通过电热丝作功可以将电能转变为内能等等。
这些实例说明了相同形式的能量之间可以相互转变，且这一转变过程就是通过作功去顺利完成的
4.意义：
①能够的转变与动量就是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更广泛。
比如物体在空中行踪受阻力时，物体的机械能不动量，但包含内能在内的总能量就是动量的。
②能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。
③能量守恒定律就是重新认识自然、改建自然的有力武器，这个定律将广为的自然科学技术领域联系出来
5.第一类永动机：
不消耗任何能量却能够源源不断地对外作功的机器。
第一类永动机不可能存在，因为它违背了能量守恒定律。
物理学中的能量守恒定律
物理学中的能量守恒定律瞿童恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一。
作为物理学中最普遍的规律之一，深刻的理解这条规律并充分了解它的形成过程对我们学好物理及认识世界都有重要的意义。
曾经在百度知道上看见一位网友的提问，题目的内容大体是这样：如图所示，在光滑的水平面上固定一螺线管，将开关闭合后，有一个轻质小车，车上放一条形磁铁，以初速度v 朝螺线管运动，小车在靠近螺线管的过程中（）A 电流表中无电流通过，小车匀速运动。
B 电流表中有电流通过，小车减速运动。
C 电流表中无电流通过，小车减速运动。
D 电流表中有电流通过，小车加速运动。
看了众多网友的回复基本都能将正确答案B选择出来，但是在分析小车做什么样的运动时基本上都是使用的楞次定律再结合右手准则进行判断，可不巧的是提问者是一位初三学生，所学内容还没有涉及楞次定律。
不过要是我们换一个思路从能量的角度去看这道问题，反而可以使问题得到简化，由于磁通量的变化导致电路中产生电流，既然产生电流那势必会伴随热的产生，那这个热量是从哪里来的呢？那答案只有一个小车以牺牲速度（动能）来换取热量，能量由一种形式转化为了另一种形式。
试想一下，如果是加速运动，那能量就凭空多出来了，显然违背了能量转化与守恒定律。
发展及形成过程自十七世纪以来，能量守恒的思想就在不同的领域渐渐的形成，并最终促使了它的发现，从十九世纪三十年代到五十年代这短短的二十年间就有至少十二位的先驱者通过不同的途径对能量守恒定律的发现做出了突出的贡献。
例如卡诺等人主要是从研究蒸汽机的效率而得出热功当量并接近能量守恒观念的，迈尔、赫姆霍兹等人主要是从化学，生理学现象的研究而走向发现能量守恒定律的。
焦耳、法拉第等人主要是从电磁现象的研究接近能量守恒观念，他们工作的侧重点也有所不同，例如，迈尔侧重哲学的思辨与经验事实的概括，焦耳侧重实验的测定与验证；而赫姆霍兹既有哲学的引导，又有数学的表达与论证。
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分析常见几种有趣的“永动机”
我们知道，永动机有两类：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”。
在人类科学发展史上曾出现过无数的学者进行开发“永动机”，其中不乏很多科学家，下面列举几种有趣不可实现的永动机。
一、重力“永动机”
例1文艺复兴时期，意大利的达芬奇设计了如图1所示的装置。
他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不平衡的力矩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。
下列有关该装置的说法中正确的是（）
A．如果没有摩擦力和空气阻力，该装置就能永不停息地转动，并在不消耗能量的同时不断地对外做功．
B．如果没有摩擦力和空气阻力，忽略碰撞中的能量损耗，给它一个初速度，它能永不停息地转动，但在不消耗能量的同时，并不能对外做功．
C．右边所有小球施加于轮子的动力矩并不大于左边所有小球施于轮子的阻力矩，所以不可能在不消耗能量的同时，不断地对外做功．
D．在现代科学技术比较发达的今天，这种装置可以永不停息地转动，在不消耗其它能量的基础上，还能源源不断地对外做功．
解析：该设计中，当轮子转动时，虽然右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，但是右边小球的个数总比左边的少，实际上右边所有小球施加于轮子的动力矩等于左边所有小球施于轮子的阻力矩，轮子在不受到外力作用时将保持平衡状态．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。
故正确答案为BC。
二、风力“永动机”
例2利用牛顿第三定律，有人设计了一种交通工具，如图2所示，在平板车上装了一个电风扇，风扇转动时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上，靠风帆受力而向前运动，对这种设计，下列分析中正确的是（）
A．根据牛顿第二定律，这种设计能使小车运行
B．根据牛顿第三定律，这种设计能使小车运行
C．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第二定律
D．这种设计不能使小车运行，因为它违反了牛顿第三定律
解析：风扇吹出的风对风帆有向前的作用力，风又给风扇一个向后的作用力，因此对于整个装置而言，作用力和反作用力都是内力，小车不会运动，故选D．
三、浮力“永动机”
例3有人设计了如图3所示的“浮力永动机”。
永动机的传动绳上均匀地固定了许多密度小于水的小球，容器底部的管道内径与小球直径相等，并为光滑配合。
设计者认为，左边容器里的小球受到浮力的作用向上运动，管道中的小球也将被带着向上运动，一旦这个小球要升出管道，其下的一个小球就会进入管道而不使水漏出，因此永动机将永不休止地顺时针转动。
找一只塑料瓶，把瓶底去掉，倒置。
再取3至4只乒乓球，用一根线从它们的直径穿过，均匀地分布于线上，并用胶水粘牢。
按图4所示把线的上、下端固定，在容器中注满水，然后把线的下端剪断，看看这些球是否能在浮力的作用下向上运动？正确分析和解释你所见到的现象，这种永动机的荒谬之处也就揭露出来了。
解析：这种浮力永动机像所有的“永动机”一样是不可能工作的。
浮力是依靠上下压力
差形成的，如图5所示，设小球体积为，球1、球2所受的浮力为，
而球3呢？它的上压强为，它的下压强。
故：圆
柱．即等于以小球中心截面为底的，以h3为高的圆柱所排开的水受的重力．很显然，F1＋F2不会大于F3，整个系统将向下运动，直到容器中的水流完为止。
四、磁力“永动机”
例417世纪70年代，英国捷斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力永动机，其结构如图6所示，在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上、下端各有一个小孔P、Q，斜面下有一个连接两个小孔的弯曲轨道。
维尔金斯认为：如果在斜坡底放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到
Q，由于这时球具有速度可以对外做功。
然后又在磁铁的吸引下回到上端，到P处又漏下，对于这个设计，下列判断中正确的是（）
A．满足能量守恒定律，所以可行
B．不满足热力学第二定律，所以不可行
C．不满足机械能守恒定律，所以不可行
D．不满足能量守恒定律，所以不可行
解析：在这个实验中，如果把上面的磁铁取走，则小球第一次从上面的P孔掉下来，对外做功后，小球就不能再回到P孔，小球之所以能对外做功，是依靠磁铁不断对小球做功，所以这个设计违背了能量守恒定律，所以是不可行的，选项D正确。
五、电场“永动机”
例5有人设计了一种如图7所示的机器：两根相互垂直的刚性绝缘细杆，相交于杆的中点，位于竖直平面内，杆的端点上各有一带正电的小球a，b，c，d。
一水平的固定转轴PP’通过两杆的交点与两杆固定连接。
转轴的一端有一皮带轮，通过皮带可带动别的机器转动，两杆与其端点的带电小球处在一方向与x轴平行的静电场中，电场的场强大小随y而改
变，可表示为E＝。
在y＝0处，场强E＝0；在y＞0的区域，场强沿x轴正方向，其大小随y的增大而增大；在y＜0的区域，场强沿x轴负方向，场强的大小随|y|的增大而增大。
由于杆端的带电小球受到静电场的作用，相互垂直的杆将绕固定轴转动，与轴连接的皮带轮通过皮带就能带动其它机器运转。
设计者断言他可以实现一种不需要提供能量又能不断对外做功的永动机．你认为这种机器可能实现吗？为什么？如认为不能实现，则指出其设计中存在何种错误，并说明理由。
解析：根据能量守恒定律，任何一部机器，可以使能量从一种形式转化为另一种形式，但不能无中生有地创造能量，所以想要实现一种不需要向它提供能量但又能不断地对外做功的永动机是不可能的。
题中设计方案的错误之处在于设想的静电场是不可能存在的。
理由如下：假设空间中存在这样的电场，即该电场的电场线平行，但相邻电场线的距离不等，如图
8所示．根据等势面与电场线垂直，可在该电场中找到两个等势面，图中的与，则与平行，距离设为d，由题意知：
；
间电势差；
间电势差；
由此得到；
显然这样的静电场是不存在的。
六、放射性永动机
例6如图9所示的装置是一位物理学家设计的一种使用放射性元素钍的“永动机”。
它是在密闭的玻璃球壳1中，放入玻璃管2，将具有放射性的钍盐3密封在玻璃管中，4是两片彼此紧靠的金属箔，5是贴在玻璃球壳内侧的金属板，金属板接地。
这个装置之所以称为“永动机”，是当两片金属箔吸收到放射线而带同种电荷时将不停地排斥，每次排斥时向左右张开，触到金属板的内壁，立即收回，如此往复，形成金属箔的“永动”。
下列说法中正确的是（）
A．金属箔是由于吸收到α射线而张开的
B．金属箔是由于吸收到β射线而张开的
C．此装置可看作是第一类永动机
D．此装置可看作是第二类永动机
解析：放射性元素钍具有β放射性，出射的粒子──电子被金属箔所吸收，金属箔带上同种电荷，互相排斥，金属箔张开。
随着放射性元素钍不断地进行β衰变，它所提供的出射粒子──电子的数量将不断减少，所以这种装置并非“永动机”，故正确答案为B。
结语：科学在不断进步，永动机的研究却从来没有停止。
中国乃至世界不知有多少民间科学家甚至专家，学者，教授，花费了大量宝贵的时间、金钱、心血来坚持不懈地寻找这样一种不存在的事物，不能不令人扼腕。
他们之中当然也不乏别有用心的骗子，常见的手法是
出售或转让他的“永动机图纸”、“永动机技术”等等。
其实，只要一些最最基本的物理学常识，就可以识破这种骗术。