流体永动机

理想气体状态方程是由研究低压下气体的行为导出的。但各气体在适用理想气体状态方程时多少有些偏差；压力越低，偏差越小，在极低压力下理想气体状态方程可较准确地描述气体的行为。极低的压强意味着分子之间的距离非常大，此时分子之间的相互作用非常小；又意味着分子本身所占的体积与此时气体所具有的非常大的体积相比可忽略不计，因而分子可近似被看作是没有体积的质点。于是从极低压力气体的行为触发，抽象提出理想气体的概念。

实际气体都不同程度地偏离理想气体定律。偏离大小取决于压力、温度与气体的性质，特别是取决于气体液化的难易程度。当温度较低、压力较高时，各种气体的行为都将不同程度地偏离理想气体的行为。此时需要考虑分子间的引力和分子本身的体积重新构造气体状态方程。气体之间的作用力不计时，我们认为气体分子没有产生堆积。极低的压强意味着分子之间的距离非常大，重力作用于分子而没有其它力平衡分子重力，在这段距离内，重力使分子加速运动，产生动量，这些动量在单位时间和面积内就能产生压强。极低的气压意为着气体分子之间有比较大的距离，我们认为分子重力主要是通过动量传递的。气体的动量和温度、物质的量等有关系，两个多世纪以来许多科学家经过不断地试验、观察、归纳总结，得出了理想气体状态方程。分子间的作用力很小，加上温度较高、压力较低时，进一步削弱分子力的作用；压强较低，又能忽略分子本身体积。这样的气体就接近理想气体。

了解了物质的三态和理想气体状态方程，我们能更好的理解渗透压。如果渗透压是溶质微粒对水的吸引力。那么溶质微粒对水的吸引力越大，渗透压就应该越大 。显然情况不是这样的，溶质微粒对水的吸引力的大小与渗透压大小无关。意为着渗透压需要一个更为合理的解释。

胶体、溶液和悬浊液受浮力和重力外，还受分子作用力等的影响。同一溶器中，胶体和溶液的溶质与溶剂浓度的比值几乎不变的原因，除了浮力的作用，还有扩散力和分子作用力（分子作用力包括液体张力）等的作用。溶液中，由于溶质和溶剂产生的重力不一样，形成的物质堆积（参照密堆积结构）有一定形变。张力平衡溶质和溶剂的重力差。扩散又使溶质能分散于溶剂之中。

气液交接面：空气与水的交接面，它的压强比较高，气体浓度高，但不足以阻止高浓度的水分子扩散。水分子间的吸引力较大，彼此之间产生引力叠加，加上有一段距离（此距离内，分子动量克服分子间引力和本身重力做功），分子能产生剧烈的浓度分布，直到压力、分子重力和引力的合力与分子斥力相等。此时，保守力场的合力为零。即有扩散力各向同性，扩散力合力为零。压力、引力、分子静电力和分子的扩散力的整体作用力的作用效果的合力为零。当然，局部范围和时间内，合力可以不为零。液体内扩散力产生的压强处处相等，即有等式C1R1T1=C2R2T2。液体中，液体的浓度和温度随压强的增加而增加，常数R随压强的增加而减小。固化和液化的难度随压强增加而减小。

麦克斯韦-玻尔兹曼分布可以用统计力学来推导（参见麦克斯韦-玻尔兹曼统计）。它对应于由大量不相互作用的粒子所组成、以碰撞为主的系统中最有可能的速率分布，其中量子效应可以忽略。由于气体中分子的相互作用一般都是相当小的，因此麦克斯韦-玻尔兹曼分布提供了气体状态的非常好的近似。液体和固体是具有很强的量子效应。可以认为液体和固体中，不存在麦克斯韦-玻尔兹曼分布中的分子速率分布；但存在电子的速率分布。

液体和固体分子是堆积起来的物质。分子的压力和重力的传递是依靠分子间的作用力。根据力学平衡可知：分子的动量相互抵削，合力为零。（若分子的动量产生的合力不为零，则分子会发生相对移动，直到合力为零为止。）注：力学平衡表明，液体和固体的平均振动压强不变，随着重力的增加，分子浓度和分子的电子的静电势能增加，分子的平均振动能减小，辐射能增加。

因为平衡渗透压遵循理想气体定律。所以渗透压是很多力作用的结果。

牛顿三大定律是力学和运动学等的基础。物质构成和状态都要用到牛顿三大定律。牛顿三大定律还有很多应用。它能为以下结论作出很多合理解释。

飞机运动时，机翼前大后小，机翼以它的最大截面并沿运动方向切割空气，并在机翼尾部和机翼后方形成一定真空。由于流体向各个方向都有压强，机翼尾部形成真空的四周空气受到大气压的作用而加速运动，这些空气到达机翼尾部就有一定的延时。飞机运动中，机翼的形状决定了，空气尾部的下面空气先对机翼产生压力作用，机翼的上面没有空气作用或有部分空气作用，这样就形成了压力差，产生了升力。飞机运动时，我们分清了气压对气体和飞机产生的许多作用。我们才能更好地理解伯努利原理。换句话说，飞机的重力可以用来改变飞机的运动方向或对空气分子加速等。

足球表面存在凹面，足球旋转并向前运动时，足球沿运动方向切割空气。足球前进并顺时针方向旋转时，它的凹面带动空气一起运动，并在空气阻力作用下，上方空气速度减小，下方空气速度增加。空气有速度差，空气速度越大产生的排空效应就越强，形成的真空范围越大，延时越长，气压能作用于球的压力越小。

固体管道能隔绝外界气压等，固只需要管道中流体的两头压强相等。固体管道中，流体的动量也能产生压强。流体的能量守恒等推导出伯努利方程。伯努利方程适用于固体管道中流动的理想流体。单纯地说：在水流或气流里，如果速度小，压强就大，如果速度大，压强就小。这样的说法就是很牵强的说法。

热力学第二定律是建立在对实验结果的观测和总结的基础上的定律。虽然在过去的一百多年间未发现与第二定律相悖的实验现象，但始终无法从理论上严谨地证明第二定律的正确性。自1993年以来，Denis J.Evans等学者在理论上对热力学第二定律产生了质疑，从统计热力学的角度发表了一些关于“熵的涨落“的理论，比如其中比较重要的FT理论。而后G.M.Wang等人于2002在Physical Review Letters上发表了题为《小系统短时间内有悖热力学第二定律的实验证明》。从实验观测的角度证明了在一定条件下热，孤立系统的自发熵减反应是有可能发生的。

一部分人认为麦克斯韦-玻尔兹曼分布——溶液随深度的增加，溶质、溶剂浓度增加。意味着热溶质的渗透压增加，渗透压能抵消溶液密度大于水的密度所产生的压强差。这样永动机就不成立。依照这部分人的说法，溶液密度小于溶剂水的密度，溶质的浓度随深度增加而增加。此时，渗透压能加大溶液与水的密度差而产生的压强差。这样永动机就成立。显而易见，这部分人的说法是不正确的。热力学第二定律是在一定条件下得出的结论。它和流体永动机没有交集。因为热力学第二定律推出不存在永动机的结论是不够严谨的结论。所以永动机的存在与否有争议。

综上所述：保守力场重力能与分子力相互抵消。根据牛顿三大定律和实际气体的知识等可知，液体分子的扩散力的合力为零。即溶液中，溶质的渗透压处处相等。

在连通器中，流体产生的力和所受的力具有一定的对称性。也就是说流体产生的力和所受的力的合力为零。从相对论的等效原理中可知：水溶液和水的密度差产生了压强差(e1-e2)gh3。假设半透膜的面积是S；流体永动机的输出压强是PS；流体所受的流体阻力是kv。力学平衡和能量守恒等知识有：溶质扩散增加的重力势能与减少的重力势能（减少的重力势能是一部分转化为其它形式的能，另一部分克服摩擦力做功）相等。也就是压强差(e1-e2)gh3产生的势能分成相等的两部分。即1/2(el-e水)v^2S=1/2(el-e水)gh3S=PS kv小于扩散产生的压强nRT/V。又因为伯努利方程（浓度和面积不变，意为着浓度和流量不变）。扩散所受的阻力是f。简化有：公式1/2(e1-e2)Sv^2 PS kv 0和nRT/V=1/2(el-e水)v^2 f/S。即具有一定结构的连通器的流体永动机能产生一定的输出功率。

题外话：气体分子的作用力（张力和气体的吸附力等）、气体的扩散、汽车的搅动和气体的浮力是雾霾产生的原因。汽车尾气的吸附力产生大颗粒物质。气体的扩散、汽车的搅动和气体的浮力增加大颗粒物质的产生速度并延长大颗粒物质在空气的停留时间，形成雾霾。2100433B

永动机是一类想象中的不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。历史上人们曾经热衷于研制各种类型的永动机，其中包括达芬奇、焦耳这样的科学家。另外包括一些希望以永动机出名和获利的骗子以及狂热者。在热力学体系建立后，人们通过严谨的逻辑证明了永动机是违反热力学基本原理的设想，从此之后就少有永动机的研究者了。不过从一个侧面也可以认为：人类对永动机的热情以及制造永动机的种种实践，推动了热力学体系的建立和机械制造技术的进步。

永动机第一类

第一类永动机是最古老的永动机概念，这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量 。

历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮的转动。十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置，1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一部直径5米的庞大机械，但是这些装置经过试验均以失败告终 。

除了利用力矩变化的魔轮，还有利用浮力、水力等原理的永动机问世，但是经过试验，已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局，无一成功 。

1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律；1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律，他们从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。热力学第一定律的表述方式之一就是：第一类永动机不可能实现 。

永动机第二类

曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们把这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。这种永动机不可能制成，是因为机械能与内能的转化具有方向性：机械能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其它变化。从研究永动机得到的意外收获 。

前已提及，英国科学家焦耳也曾被永动机这一“奇妙”的发明所吸引，并为此做了一二十年的实验，但最后他留给后世的并不是永动机，而是证明永动机不可能的“热功当量定律”，这应该算是研究永动机得到的意外收获 。

斯台文是这方面的另一个例子。在他那个时代（16世纪末—17世纪初），有一种永动机是广泛被谈论着的，如图2所示，有14个能滚动的很重的铁球用链子连起来放在一个三棱体上。三棱体的一边比较斜，一边比较陡，且斜的一边比陡的一边长些。永动机的制造者们相信，斜的一边上有4个重铁球，陡的一边只有两个重铁球，4个铁球的下滑力自然比两个铁球大，整个装置就会如箭头所指示的方向滑下来。一旦左边滑下去一个重球，右边一定同时补充上一个重球，左边的斜面上依然是4个重球，右边的斜面上仍只有两个重球，永远是左边的下滑力大于右边的下滑力，球链就会永远不断地运动下去。荷兰科学家斯台文在研究这种永动机时，从经验出发判断它不可能永动，因为左边球虽多，但斜面缓，每个球产生的向下拉力小，右边球虽少，但斜面陡，每个球产生的向下拉力大，结果两边斜面向下的拉力一样大。至此，斯台文并没有停止思维，他又把该问题进一步引向深入：由于球的个数跟斜面的长度成正比，每个球都是一样重，所以各边球的总重也一定跟斜面长成正比 。

这就是有名的两个斜面上力量平衡的定律。

大致详细分类

（1）机械类：妄图依靠机械内循环，对启动能量进行增益，以试图突破能量守恒。并依靠能量增益，使增益的能量输出，并将输出能分化为两部分，一部分给机械提供动力。另一部分对外做功 。

（2）电/磁动机：属于永动机范畴，但因不具备工业实用性，被称为玩具。概念，假设概念，磁铁与电磁场互动，使得能量突破能量守恒，磁动机获得了输出大于输入。但实际上实验显示，磁动机终究会因为消磁而停止 。

（3）热循环：试图突破热一，热二，但终究失败，温度平衡点与温度不可叠加和转化消耗上，无法在内部环境中进行百分百转化 。

（4）空气压缩机：依靠压缩空气，至使温度升高。理论上，空气压缩与释放能量守恒，但是使用空气压缩的机构涉及曲轴等机械零件能量消耗，并且在热量挥发时速度与空气回温等等存在许多不完善，但具体资料因资源有限暂且未知（理论上可行性永动机）。

（5）特斯拉线圈：属于官方资料，民间流传的据说是不完整的，但理论上与现实中线圈的确存在，它是一种在自然界收集电能量的一种器具。姑且不说官方文献，但以自然界电磁场能量制作出的线圈仅仅只能是个玩具。

（6）饮水鸟：爱因斯坦自食其言的传奇玩具，一个利用液体沸点与自然界温度的玩具机械 。

（7）几何永动：这是集齐所有机械类理论于一体的永动机，并开阔创新，成就前无古人，也可能后无来者的失败永动机。这台永动机发明者只研究增益零件，而放弃了固定能量源，选择能量源自由。形成了一个利用周长相等的圆与三角形之间的力矩不同，而忽略三角形最短力矩的另类组合 。

（8）液态永动：利用液体质量的密度与引力，或另一种单纯的水与气体引力相结合设计出的永动机。但因为守恒，利用液体质量的至今全部失败，而水与空气类型的似乎也是失败 。

（9）倒吸虹：这个永动机，企图改变管道的粗细，在水管的上方加一个水箱，依靠水的压力，改变吸虹势能。但因出水口的限制，决定了水的压力，导致再次失败 。

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”。

前两种永动机上是制造不出的，磁永动机实质就是通过磁场之间的排斥而产生的力驱动物体工作，因为磁铁里面的磁场在正常情况下是消失的很慢的，所以磁永动机是借助磁场产生的排斥力运动。就是把磁场转换成动力。

磁永动机的原理

磁永动机的原理就是利用的磁场之间的排斥作用，磁铁有N极和S极区分，同极相互排斥异极相互吸引，当两块磁铁接近时如果是同极就会互相排斥。如果磁块以间隔相同的方式镶嵌在圆柱的边缘（圆柱非磁体），当有磁体以相同极性一定角度接近时，圆柱就是受到排斥力从而滚动起来。磁永动机违反了能量守恒定律，因此是不可以制造出来的。2100433B