永动机并不存在,为何分子可以永不停息地做无规则运动?
永动机,相信大家都听说过。我们都知道,永动机是不存在的,为什么会这样说?

其实,关于永动机的概念,早在古代,人类就非常痴迷。最早起源于印度,之后永动机的概念传到欧洲,在当时引起了巨大轰动,人们对于永动机的概念也越来越痴迷,总是想尽各种办法试图制造出永动机,但是最终都以失败而告终。
那么永动机为什么不存在呢?

我们所说的永动机,通常是指第一类永动机,也就是不消耗能量就能持续对外做功的机器。之所以这类永动机不可能存在,就是因为它违反了能量守恒定律。因为能量不可能凭空产生,也不会无缘无故消失,只能在不同的能量形式之间来回转换,从一个物体转移到另一个物体,在这个过程中总的能量保持不变。
还有第二类永动机。在没有温差的情况下,可以持续从自然界中,比如说空气或者海水中吸取能量并转化为机械能的机器,就是第二类永动机。

第二类永动机看起来并不违反能量守恒定律,但它违反了热力学第二定律。因为热能在转换为机械能的过程中,不可能没有任何损耗。通俗来讲,热能不可能自发地从低温物体转移到高温物体,或者说,热能在转换为有用功的过程不可能没有任何其他影响。
所以说,永动机是不存在的,不可能被制造出来。对于永动机的任何研究专利,早在几百年前就被禁止了。
那么,既然永动机不存在,为什么组成万物的分子可以不停地做无规则运动呢?
下面重点讲讲为何分子可以不停地做无规则运动。

这个规律是布朗在1827年发现的,当他用显微镜观察水中的花粉时偶然发现的,所以也被称为布朗运动,布朗发现悬浮在水中的花粉颗粒可以不停地无规则运动。
事实上不仅仅是花粉颗粒,悬浮在水中的其他各种颗粒,同样可以做布朗运动。
我们都知道,分子是构成物体稳定物理和化学性质的最小单元。分子之间存在着斥力和引力,也存在一定的间隙。物体之所以能够保持稳定的状态,就是因为斥力和引力达到了某种程度的平衡。
通常情况下,气体物质分子的间隙较大,作用力也就比较小,所以气体物质具有很强的流动性,很容易被压缩。而液体分子之间的间隙比较小,由于分子之间存在着引力和斥力,分子保持相对平衡,在平衡位置做无规则运动,所以液体是没有固定形状的。

对于液体来讲,如果分子之间的距离变小就会体现出斥力,所以液体是很难被压缩的。
而固体分子之间的距离很小,作用力就很大,因此固体分子只有在固定位置附近做无规则运动。分子间隙稍微变小就会体现出巨大的斥力,稍微变大就会体现出巨大的引力,所以固体都有固定的形状,也很难被压缩。

不过,当物体经过加热之后,分子运动会更加剧烈,分子之间的距离也会随着增大,这就会体现出热胀冷缩。
说了这么多,分子到底为什么会不停地做无规则运动呢?
我们都知道,组成物质的分子都有能量,也就是机械能,分子就是因为能量才会运动的。单独一个分子的运动遵循力学规律,但大量分子的运动遵循的是统计规律,是没有规则的。
宇宙万物都是由分子构成的,分子具有能量,所以宇宙万物都有能量。理论上讲,只有温度为绝对零度的物体才没有能量,没有运动。但绝对零度只是理论上的最低值,现实中是不可能达到的,现实中的物体温度都高于绝对零度,都具有能量,有能量就会运动。

说白了,宇宙万物时刻参与着能量的循环,这种循环遵循的正是能量守恒定律。
这里强调一点,运动与永动机并没有直接联系,一直运动并不是永动机,判断是否是永动机的关键并不在于运动,而在于是否对外界做功。
所以,永动机存在与否,与分子不停地做无规则运动根本毫无瓜葛,两者本来就不是一回事。

表面上看,分子的运动看起来好像没有外界能量补给,不过本质上来讲,万物运动的初始力量都源自最初的宇宙大爆炸的能量,这种能量在之后的漫长岁月里不断转移转换。
而“永动机”三个字很容易迷惑人,让人有一种“只要能动起来的物体就是永动机”的错觉,如果真是这样的话,那么整个宇宙都将是永动机,包括你我以及世界上的任何人都是永动机,因为我们身体里的每个分子都在不停运动,宇宙万物都在不停地运动。
事实上并不是这样,运动与永动机并没有直接关系,关键在于永动机本身是否在不停地对外做功,而不是“是否运动”。
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