论永动机与消灭能量之办法的可行性

何松昂

摘 要：自从能量守恒定律（热一）出世后，永动机仿佛更加成为不可能的存在。不过，事实却证明热一的前提条件是被人们无限放大了的。本文重点阐述在封闭、开放系统中4个思维实验的仔细分析与计算，阐明了能量是可以被创生与消灭的，指出了热一只适用于孤立系统的前提条件下，并对热一存在的逻辑矛盾进行仔细地剖析，提出了支持永动机与消灭能量的运动力学第4定律——在非孤立系统中，可以通过运动来创生或消灭能量。

关键词：创生能量; 消灭能量;封闭系统;孤立系统;非孤立系统;运动力学第4定律

引言： 随着能源与环保的双重危机越来越严重，人类迫切需要廉价高效的绿色能源。永动机的设想就恰好给人类带来了希望，因此，科学地研究永动机，让人类更好地掌握自然规律，改变日益恶劣的生存环境是很有必要的。

一、 创生能量的实验

例一：在一个容积为3M3，压强为2000Pa，高10M的工字形密闭空间的下端，是一个容积为1.01M3的银质‘高压锅，其内装有22.54摄氏度的温水1吨，内部气压为3000Pa的该高压锅大部分祼露于外，与外界的热源相连。密闭空间中的其它部分都是用绝热性能良好的材料制成。密闭空间的上端是一块3平方米的凹形金属散热片。散热片与外界的冷源相连。可以采用17.54摄氏度的冷水，再用热泵提取冷水中的热能。散热片的下方正中央，固定有一个用绝热性能良好的材材料制成、容积为1.01M3的集水器，该集水器距高压锅9.9米高。这样，当高压锅内的水吸收外界热源的热量汽化，汽化后的水蒸汽凹形金属散热片下液化，液化后的水滴入集水器中。保持高压锅内的气化速率与容器顶部的液化速率相同，则可以一直存在着压强差，使得热量在转移的过程中创生出了多余的热能。

蒸汽压（Pa） 沸点（℃） 汽化潜热 Kj/Kg

2000 17.54 2459.1

3000 24.11 2443.6

表一：水在不同蒸汽压下的沸点与汽化潜热（部分）

现在我们可以计算一下能量的收支状况：

高压锅内1吨24.11摄氏度热水完全汽化需要吸收的热能为：

1000  X   2443600 = 678.78kW.h

高压锅外液化成1吨17.54摄氏度的冷水需要放出的热能为：

1000  X  2459100 =  683.08kW.h

它们的差为：

683.08 — 678.78 = 4.3kW.h

另外：集水器内9.9米高的水还具有重力势能，其值为：

W = mgh =  1000  X 9.8 X  9.9= 0.027 kW.h

开始把这个密闭空间弄成2000P的低压，需要消耗的能量为

（101325 - 2000） X  3 =0.08 kW.h

也就是说：投入678.86kW.h的热能在该密闭空间内，结果多得到了4.327kW.h的热能。

能量的产出比为：

4.327 / （678.78 + 0.08） =0.00637

即投入了1份的热能，最后多创生出了0.00637份的热能。能量被1.00637倍地放大了。这里我们还没有计算从高压锅内出来24.11摄氏度的水蒸汽降低到17.54摄氏度时放出的热能，如果要算，一定是创生出更多的热能。

例二：在一个高度为9010米的长方体的密闭空间（其外壳用高热导率材料制成，使相同高度的氢气与外界的大气温度相等）内，充满了氢气，其底部为一标准大气压，0摄氏度。在空间内有一海拔高度为9000M的T形支架上方，有一个定滑轮，一根高强度的长绳索在穿过定滑轮后与地面上一个重约60Kg且紧闭的正方体活塞相连，该活塞由6块厚1cm的碳化硅与碳纤维复合材料板制成，在使用拉力对复合材料活塞做功后，该活塞上升到9000M的高空处的一个平台上，再在平台上拉动活塞的一端，让其内处于真空状态并保持，最后将复合材料活塞拉回到地面9.33米高的位置。再让其内吸满水，接着将水放回地面，最后再将空的复合材料活塞盒子放回地面，恢复到原来的状态，试计算在整个过程中有没有创生出多余的能量？【G取9.8N/Kg，绳索重、摩擦力忽略不计，9KM高空处的氢气压约是4——5万Pa。活塞在氢气中受到的平均浮力，按0.08Kg/M3估算。备注：1、一厘米厚的复合材料活塞若不堪重负，那就用成两厘米厚再计算。2、密闭空间顶端的氢气压强是我的估算，有条件的请查阅资料后，算出更精准的答案。】

具体算法：在一个循还周期内的做功共有4部分，即：拉上复合材料活塞，制造真空活塞，落下活塞，活塞吸水得到重力势能

拉上大活塞做功是：

W=mgh

=60x9.8x9000

=5292000J

做的功轉变成了重力势能，

制造真空活塞做功为：

W=FS

=50000x1=50000J

这是机械能转化成了真空能

滑下真空活塞做功是：

W=mgh

=（60—0.08）X9.8X9000

=5284944J

0.06，5286708

这是复合材料真空活塞的重力势能转变成了热能。

9.33米高的复合材料真空活塞可以把1吨水吸满，其最低水位高9.33米，它一共具有的最低重力势能是：

W=mgh=1000x9.8x9.3=92345.3J

根据能量守恒定律，其实它具有的能量是101200J（9.33米处的气压），因为水在流向高处的复合材料真空活塞时，由于运动产生了一部份热能。

后来空气中存在的热能与付出的能量之差是

（5284944+101200）—（5292000+50000）

=5386144—5342000

=44144J

44144/5342000=0.00826，能量又被1.00826倍的放大了。

就算密闭空间内氢气的平均密度变成了0.06，对结果影响也不大，反而还赚到了更多的一点能量。至于有的人计较的绳重与摩擦力，其实它们都通过滑轮转变成了热能，消散在密闭空间内，付出多少还是多少，只不过转换成另一种能量形式而已，并没有一点点的损失，只是让赚取的比例变小了一点，反正已经超越了一，就代表它是永动机。

例3：在一个高5米，面积为846.6平方米的圆形密闭空间内，有面积为1平方米，高度差为1cm的正方形池子100个，100个呈梯田状的池子构成圆环形，最高处为1米。每一个正方形池子里各有1毫米深的水，每个池子的容积为10升，在每个池子的水表面，利用其表面张力浮起一块厚0.09mm、面积为1平方米的碳化硅薄板，每一个碳化硅薄板上有2703克的铁块。每一个池子与下方连接处有一个出液口，拉升出液口邊的阀门10mm后，可使池内的水流出至剩余为1mm深的液位。当把梯田池最上端的一个池子倒入9升水后，碳化硅薄板与其上的重物都上升了9mm，然后依次打开每一个梯田池的出液口，则水依次从每一个梯田池内流过，每个梯田池内的碳化硅薄板与其上的铁块都上升了9mm，然后又落下，直到水流到最底部的梯田池为止。若设法让被升高的铁块固定在升高后的位置，则铁块所具备的重力势能就是白白得到的重力势能，这就达到了创生能量的目的。（每个阀门重1g ，实验发现：一平方厘米水在20℃时只靠表面张力可浮起0.3-0.4g 的重物。在此默认为水不浸润碳化硅薄板，若能浸润，则用不能被水浸润的材料将碳化硅板涂上一层）

首先来看1平方米水产生的表面张力能浮起重物的最大值（取实验数字的最小值）：

因为液体靠表面张力浮起的重物跟其表面张力的大小成正比关系，所以有

0.3  x 10000  =3000g

再算1平方米碳化硅（密度3.2--3.3g/cm3 取最大值）薄板重：

1 x 0.00009 x  3300 = 297g

利用水的表面张力可浮起铁块的有效质量为：

3000- 297 =  2703g

所有的铁块升高后具备的重力势能是：

100 x  2.703 x  9.8   x 0.009= 23.84J

而9升水升高1米需要的能量是：

9  x  9.8  x 1   = 98J

拉升阀门一共做的功为：

100/1000  x  9.8  x  0.01 = 0.0098J

水从上流到下的重力势能与把阀门升高的能量在密闭空间中转化成了热能，拉升阀门最后又落下阀门也是把能量变成了热能，而这些能量并没有消失，只是散失在密闭空间之中，但重物被升高后的重力势能就是纯赚的了，可以认为是被创生出来的。则一个周期可多创生出了23.84J的能量在整个系统中。

总的能量产出比为：（23.84+ 88.2 + 0.0098）/ （88.2 + 0.0098）=1.27。能量又被1.27倍地放大了。既使那100个2.703千克的铁块转化成有用功的效率只有10%，但在一个周期内，整个系统中的能量在化为热能后，也比原来增多了。

二、 消灭能量的实验

例4：在一个半径3M，高120M用绝热材料制成的圆柱体密闭空间内，充满了相同温度的全氟丙烷（C3F8）气体。此时密闭空间底部是1标准大气压，整个空间内的气温为-10摄氏度，密闭空间顶部有1个瘪气球，此处的气压约是91086.7Pa（气球充满时有小量的弹性形变），瘪气球旁边有一个电磁炉与电磁锅。91086.7Pa的电磁锅内有67.984Kg二氧化硫液体，电磁锅通过一条管道与瘪气球相连，当从外界通电加热电磁锅，汽化后的二氧化硫通过管道将瘪气球充满成一个半径2.755M、高1米体积为24.92M3的圆柱体气球。自重4Kg的圆柱体气球下吊着一个125.016Kg的铁块，气球顶到铁块底部的距离是2M，此时重力略大于浮力。气球缓缓下降到密闭空间的底部，由于底部气压变大，气球最后的体积缩小至22.4M3，先用空气源热泵将气球内部的热能抽离密闭空间走并使二氧化硫液化，再将二氧化硫液体取出瘪气球，接着将二氧化硫液体与瘪气球、铁块通过外界提供的电能，用电动机作用于通过定滑轮的拉绳，将其拉升至密闭空间顶部，再用空气源热泵将气球落下、电动机运作产生的多余热能全部抽出，最后将二氧化硫液体再倒入电磁锅中，即可形成一个新的循还了。【在密闭空间底部，二氧化硫的密度约3.035Kg/M3 ，全氟丙烷密度约为8.706Kg/M3（根据理想气体状态方程得出，若有误差不必细究） ，二氧化硫在1标准大气压下的气化热是389.2Kj/Kg，g取9.8N/Kg】

由于篇幅有限，再加上手里没有二氧化硫在不同气压下气化热的资料，我只能靠类推法推理分析，就不再详细计算整个过程，只提供解题思路。对于那些想质疑我的人，请你们恢复理性的头脑，认真的分折计算一下。我等着高人用更精确的计算来证明我的错误=不能消灭能量。

首先算出气球与铁块在高位的重力势能及其落下产生的热能 ，再计算出气、液化二氧化硫所需要的能量。最后该方案能否消灭能量就一目了然。因为在气压相同的条件下，同一物质的气化热与液化热相同，由于二氧化硫液体在气压越低的情况下气化将要吸收更多的热，而在高压下液化放出稍小的热，所以这个循还是有热损失的（可以参考水在不同压力下的气化热），按最小值减小2J估算。

在一个循环周期中，整个密闭空间内由原来225880.2J的重力势能，变成了28056.28的热能，则被消灭的能量是

225880.2 - 28056.28 - 2 =197821.92J

總共的能量消灭率是

197821.92/（26459372.8 + 225880.2）

=0.74%

同理，如果我们用乙醛气球在密度更大的全氟丁烷气体中采用相同的手断，必将能消灭更多一点的重力势能。

三、  分析总结

在物理的热力学中有孤立、封闭、开放这三种系统。 孤立系统指的是：既没有物质交换又没有能量交换的系统;封闭系统指的是：没有物质交换，却有能量交换的系统;开放系统指的是： 既有物质交换又有能量交换的系统。如果一个系统处于孤立环境，即没有物质与能量输入或输出的系统，对于此种情形，能量守恒定律的正确表述为：

在孤立系统中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，在整个过程中能量的总量保持不变。

而物理教科书上关于永动机的定义是：“不消耗能量却能源源不断对外做功的机器。”书上说这类叫做第一类永动机，因违反了能量守恒定律而不能实现。既然书上说永动机违反了能量守恒定律，那么反过来推理：违反了能量守恒定律，可以创生能量（达到不守恒的效果，让整个系统能量增多）的机器或方案就应该叫永动机。”因为永动机的最主要特性就是创生能量。既然永动机与能量守恒互相矛盾，那么它们的定义就该保持高度对立，只有这样才符合逻辑。

例1与例4都是使用热能与封闭系统产生能量交换，最后创生/消灭了多余的能量。但例2、3却不一样，例2中的石墨烯活塞在两个不同条件的系统进行了能量与物质的交换，即常压系统与高空低压系统，它把在低压系统具备的真空能，转换成了常压系统中的重力势能，吸水是由能量交换成了水这种物质，放水，是由物质转化成了能量。那么这个存在着物质与能量交换的系统就是一个开放系统。例3也是开放系统，通过水在各梯田池内的交换，使水的重力势能交换成热能，额外得到铁块的重力势能。不过，如果我们把例2 这个设备放进一个封闭空间内，不让它工作，那么它就又变成了无法与外界进行能量与物质交换的孤立系统了。为什么会出现这种自相矛盾的逻辑问题呢？ 因为1：可以通过运动创造出非孤立系统，2：根据最深邃的哲学思想，对立与统一是相对的。万物都可化分为阳阳，阳中有阴，阴中有阳，决不能用一种属性将其定义死。那么这就直接证明了把整个太阳系定义为孤立系统是个错误。同理，整个地球表面上是孤立系统，但在其小范围内，还是存在着非孤立系统，即使没有，也可能通过一些办法制造出来。

例4这个实验开始由外界向该密闭空间内提供了较多的电能，特别是使二氧化硫气体气化时，但使二氧化硫气体液化时又对处放出了大部分热能，虽然理论上消灭了一小点热能，但还不够直观，不过充满二氧化硫的气球从密闭空间顶部落下时，却很直观地达到了消灭重力势能的效果。如果我们不让充满二氧化硫的气球落下，就没办法消灭能量，该气球每下落一米，就多消灭了一点能量。所以，我们可以看做是通过运动来消灭了能量。

可以看出，上述4例都超出了能量守恒定律的规定。现在的情况是，在封闭系统与开放系统中都可以创生能量，而在封闭系统中还可以消灭能量，不管是封闭系统还是开放系统，它们都包含在非孤立系统之中。根据这些现象总结一下，于是，笔者提出了运动力学第4定律——在非孤立系统中，可以通过运动来创生或消灭能量。根据这条定律，可以创生能量的永动机它其实并没有违反能量守恒定律，因为永动机与能量守恒定律适用的前提条件都不一样，一个是在非孤立系统中有效，一个是在孤立系统中有效。

结语： 本文通过对4个思维实验的仔细分析，并对能量守恒定律的深刻剖析，提出了它不适用的地方，为永动机的合法出世找到了理论依据。并让人们坚信，一定能制出更有实用价值的永动机，也会有更好的消灭能量的办法。为人类重新认识能量，利用能源指明了道路。