何松昂

摘 要：自從能量守恒定律（熱一）出世后，永動機仿佛更加成為不可能的存在。不過，事實卻證明熱一的前提條件是被人們無限放大了的。本文重點闡述在封閉、開放系統(tǒng)中4個思維實驗的仔細分析與計算，闡明了能量是可以被創(chuàng)生與消滅的，指出了熱一只適用于孤立系統(tǒng)的前提條件下，并對熱一存在的邏輯矛盾進行仔細地剖析，提出了支持永動機與消滅能量的運動力學第4定律——在非孤立系統(tǒng)中，可以通過運動來創(chuàng)生或消滅能量。

關鍵詞：創(chuàng)生能量; 消滅能量;封閉系統(tǒng);孤立系統(tǒng);非孤立系統(tǒng);運動力學第4定律

引言： 隨著能源與環(huán)保的雙重危機越來越嚴重，人類迫切需要廉價高效的綠色能源。永動機的設想就恰好給人類帶來了希望，因此，科學地研究永動機，讓人類更好地掌握自然規(guī)律，改變?nèi)找鎼毫拥纳姝h(huán)境是很有必要的。

一、 創(chuàng)生能量的實驗

例一：在一個容積為3M3，壓強為2000Pa，高10M的工字形密閉空間的下端，是一個容積為1.01M3的銀質(zhì)‘高壓鍋，其內(nèi)裝有22.54攝氏度的溫水1噸，內(nèi)部氣壓為3000Pa的該高壓鍋大部分祼露于外，與外界的熱源相連。密閉空間中的其它部分都是用絕熱性能良好的材料制成。密閉空間的上端是一塊3平方米的凹形金屬散熱片。散熱片與外界的冷源相連。可以采用17.54攝氏度的冷水，再用熱泵提取冷水中的熱能。散熱片的下方正中央，固定有一個用絕熱性能良好的材材料制成、容積為1.01M3的集水器，該集水器距高壓鍋9.9米高。這樣，當高壓鍋內(nèi)的水吸收外界熱源的熱量汽化，汽化后的水蒸汽凹形金屬散熱片下液化，液化后的水滴入集水器中。保持高壓鍋內(nèi)的氣化速率與容器頂部的液化速率相同，則可以一直存在著壓強差，使得熱量在轉(zhuǎn)移的過程中創(chuàng)生出了多余的熱能。

蒸汽壓（Pa） 沸點（℃） 汽化潛熱 Kj/Kg

2000 17.54 2459.1

3000 24.11 2443.6

表一：水在不同蒸汽壓下的沸點與汽化潛熱（部分）

現(xiàn)在我們可以計算一下能量的收支狀況：

高壓鍋內(nèi)1噸24.11攝氏度熱水完全汽化需要吸收的熱能為：

1000 ?X ? 2443600 = 678.78kW.h

高壓鍋外液化成1噸17.54攝氏度的冷水需要放出的熱能為：

1000 ?X ?2459100 = ?683.08kW.h

它們的差為：

683.08 — 678.78 = 4.3kW.h

另外：集水器內(nèi)9.9米高的水還具有重力勢能，其值為：

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

開始把這個密閉空間弄成2000P的低壓，需要消耗的能量為

（101325 - 2000） X ?3 =0.08 kW.h

也就是說：投入678.86kW.h的熱能在該密閉空間內(nèi)，結(jié)果多得到了4.327kW.h的熱能。

能量的產(chǎn)出比為：

4.327 / （678.78 + 0.08） =0.00637

即投入了1份的熱能，最后多創(chuàng)生出了0.00637份的熱能。能量被1.00637倍地放大了。這里我們還沒有計算從高壓鍋內(nèi)出來24.11攝氏度的水蒸汽降低到17.54攝氏度時放出的熱能，如果要算，一定是創(chuàng)生出更多的熱能。

例二：在一個高度為9010米的長方體的密閉空間（其外殼用高熱導率材料制成，使相同高度的氫氣與外界的大氣溫度相等）內(nèi)，充滿了氫氣，其底部為一標準大氣壓，0攝氏度。在空間內(nèi)有一海拔高度為9000M的T形支架上方，有一個定滑輪，一根高強度的長繩索在穿過定滑輪后與地面上一個重約60Kg且緊閉的正方體活塞相連，該活塞由6塊厚1cm的碳化硅與碳纖維復合材料板制成，在使用拉力對復合材料活塞做功后，該活塞上升到9000M的高空處的一個平臺上，再在平臺上拉動活塞的一端，讓其內(nèi)處于真空狀態(tài)并保持，最后將復合材料活塞拉回到地面9.33米高的位置。再讓其內(nèi)吸滿水，接著將水放回地面，最后再將空的復合材料活塞盒子放回地面，恢復到原來的狀態(tài)，試計算在整個過程中有沒有創(chuàng)生出多余的能量？【G取9.8N/Kg，繩索重、摩擦力忽略不計，9KM高空處的氫氣壓約是4——5萬Pa?；钊跉錃庵惺艿降钠骄×?，按0.08Kg/M3估算。備注：1、一厘米厚的復合材料活塞若不堪重負，那就用成兩厘米厚再計算。2、密閉空間頂端的氫氣壓強是我的估算，有條件的請查閱資料后，算出更精準的答案?！?/p>

具體算法：在一個循還周期內(nèi)的做功共有4部分，即：拉上復合材料活塞，制造真空活塞，落下活塞，活塞吸水得到重力勢能

拉上大活塞做功是：

W=mgh

=60x9.8x9000

=5292000J

做的功轉(zhuǎn)變成了重力勢能，

制造真空活塞做功為：

W=FS

=50000x1=50000J

這是機械能轉(zhuǎn)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

這是復合材料真空活塞的重力勢能轉(zhuǎn)變成了熱能。

9.33米高的復合材料真空活塞可以把1噸水吸滿，其最低水位高9.33米，它一共具有的最低重力勢能是：

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

根據(jù)能量守恒定律，其實它具有的能量是101200J（9.33米處的氣壓），因為水在流向高處的復合材料真空活塞時，由于運動產(chǎn)生了一部份熱能。

后來空氣中存在的熱能與付出的能量之差是

（5284944+101200）—（5292000+50000）

=5386144—5342000

=44144J

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

就算密閉空間內(nèi)氫氣的平均密度變成了0.06，對結(jié)果影響也不大，反而還賺到了更多的一點能量。至于有的人計較的繩重與摩擦力，其實它們都通過滑輪轉(zhuǎn)變成了熱能，消散在密閉空間內(nèi)，付出多少還是多少，只不過轉(zhuǎn)換成另一種能量形式而已，并沒有一點點的損失，只是讓賺取的比例變小了一點，反正已經(jīng)超越了一，就代表它是永動機。

例3：在一個高5米，面積為846.6平方米的圓形密閉空間內(nèi)，有面積為1平方米，高度差為1cm的正方形池子100個，100個呈梯田狀的池子構成圓環(huán)形，最高處為1米。每一個正方形池子里各有1毫米深的水，每個池子的容積為10升，在每個池子的水表面，利用其表面張力浮起一塊厚0.09mm、面積為1平方米的碳化硅薄板，每一個碳化硅薄板上有2703克的鐵塊。每一個池子與下方連接處有一個出液口，拉升出液口邊的閥門10mm后，可使池內(nèi)的水流出至剩余為1mm深的液位。當把梯田池最上端的一個池子倒入9升水后，碳化硅薄板與其上的重物都上升了9mm，然后依次打開每一個梯田池的出液口，則水依次從每一個梯田池內(nèi)流過，每個梯田池內(nèi)的碳化硅薄板與其上的鐵塊都上升了9mm，然后又落下，直到水流到最底部的梯田池為止。若設法讓被升高的鐵塊固定在升高后的位置，則鐵塊所具備的重力勢能就是白白得到的重力勢能，這就達到了創(chuàng)生能量的目的。（每個閥門重1g ，實驗發(fā)現(xiàn)：一平方厘米水在20℃時只靠表面張力可浮起0.3-0.4g 的重物。在此默認為水不浸潤碳化硅薄板，若能浸潤，則用不能被水浸潤的材料將碳化硅板涂上一層）

首先來看1平方米水產(chǎn)生的表面張力能浮起重物的最大值（取實驗數(shù)字的最小值）：

因為液體靠表面張力浮起的重物跟其表面張力的大小成正比關系，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

利用水的表面張力可浮起鐵塊的有效質(zhì)量為：

3000- 297 = ?2703g

所有的鐵塊升高后具備的重力勢能是：

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

拉升閥門一共做的功為：

100/1000 ?x ?9.8 ?x ?0.01 = 0.0098J

水從上流到下的重力勢能與把閥門升高的能量在密閉空間中轉(zhuǎn)化成了熱能，拉升閥門最后又落下閥門也是把能量變成了熱能，而這些能量并沒有消失，只是散失在密閉空間之中，但重物被升高后的重力勢能就是純賺的了，可以認為是被創(chuàng)生出來的。則一個周期可多創(chuàng)生出了23.84J的能量在整個系統(tǒng)中。

總的能量產(chǎn)出比為：（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個2.703千克的鐵塊轉(zhuǎn)化成有用功的效率只有10%，但在一個周期內(nèi)，整個系統(tǒng)中的能量在化為熱能后，也比原來增多了。

二、 消滅能量的實驗

例4：在一個半徑3M，高120M用絕熱材料制成的圓柱體密閉空間內(nèi)，充滿了相同溫度的全氟丙烷（C3F8）氣體。此時密閉空間底部是1標準大氣壓，整個空間內(nèi)的氣溫為-10攝氏度，密閉空間頂部有1個癟氣球，此處的氣壓約是91086.7Pa（氣球充滿時有小量的彈性形變），癟氣球旁邊有一個電磁爐與電磁鍋。91086.7Pa的電磁鍋內(nèi)有67.984Kg二氧化硫液體，電磁鍋通過一條管道與癟氣球相連，當從外界通電加熱電磁鍋，汽化后的二氧化硫通過管道將癟氣球充滿成一個半徑2.755M、高1米體積為24.92M3的圓柱體氣球。自重4Kg的圓柱體氣球下吊著一個125.016Kg的鐵塊，氣球頂?shù)借F塊底部的距離是2M，此時重力略大于浮力。氣球緩緩下降到密閉空間的底部，由于底部氣壓變大，氣球最后的體積縮小至22.4M3，先用空氣源熱泵將氣球內(nèi)部的熱能抽離密閉空間走并使二氧化硫液化，再將二氧化硫液體取出癟氣球，接著將二氧化硫液體與癟氣球、鐵塊通過外界提供的電能，用電動機作用于通過定滑輪的拉繩，將其拉升至密閉空間頂部，再用空氣源熱泵將氣球落下、電動機運作產(chǎn)生的多余熱能全部抽出，最后將二氧化硫液體再倒入電磁鍋中，即可形成一個新的循還了?！驹诿荛]空間底部，二氧化硫的密度約3.035Kg/M3 ，全氟丙烷密度約為8.706Kg/M3（根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得出，若有誤差不必細究） ，二氧化硫在1標準大氣壓下的氣化熱是389.2Kj/Kg，g取9.8N/Kg】

由于篇幅有限，再加上手里沒有二氧化硫在不同氣壓下氣化熱的資料，我只能靠類推法推理分析，就不再詳細計算整個過程，只提供解題思路。對于那些想質(zhì)疑我的人，請你們恢復理性的頭腦，認真的分折計算一下。我等著高人用更精確的計算來證明我的錯誤=不能消滅能量。

首先算出氣球與鐵塊在高位的重力勢能及其落下產(chǎn)生的熱能 ，再計算出氣、液化二氧化硫所需要的能量。最后該方案能否消滅能量就一目了然。因為在氣壓相同的條件下，同一物質(zhì)的氣化熱與液化熱相同，由于二氧化硫液體在氣壓越低的情況下氣化將要吸收更多的熱，而在高壓下液化放出稍小的熱，所以這個循還是有熱損失的（可以參考水在不同壓力下的氣化熱），按最小值減小2J估算。

在一個循環(huán)周期中，整個密閉空間內(nèi)由原來225880.2J的重力勢能，變成了28056.28的熱能，則被消滅的能量是

225880.2 - 28056.28 - 2 =197821.92J

總共的能量消滅率是

197821.92/（26459372.8 + 225880.2）

=0.74%

同理，如果我們用乙醛氣球在密度更大的全氟丁烷氣體中采用相同的手斷，必將能消滅更多一點的重力勢能。

三、 ?分析總結(jié)

在物理的熱力學中有孤立、封閉、開放這三種系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng)指的是：既沒有物質(zhì)交換又沒有能量交換的系統(tǒng);封閉系統(tǒng)指的是：沒有物質(zhì)交換，卻有能量交換的系統(tǒng);開放系統(tǒng)指的是： 既有物質(zhì)交換又有能量交換的系統(tǒng)。如果一個系統(tǒng)處于孤立環(huán)境，即沒有物質(zhì)與能量輸入或輸出的系統(tǒng)，對于此種情形，能量守恒定律的正確表述為：

在孤立系統(tǒng)中，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其它物體，在整個過程中能量的總量保持不變。

而物理教科書上關于永動機的定義是：“不消耗能量卻能源源不斷對外做功的機器?！睍险f這類叫做第一類永動機，因違反了能量守恒定律而不能實現(xiàn)。既然書上說永動機違反了能量守恒定律，那么反過來推理：違反了能量守恒定律，可以創(chuàng)生能量（達到不守恒的效果，讓整個系統(tǒng)能量增多）的機器或方案就應該叫永動機。”因為永動機的最主要特性就是創(chuàng)生能量。既然永動機與能量守恒互相矛盾，那么它們的定義就該保持高度對立，只有這樣才符合邏輯。

例1與例4都是使用熱能與封閉系統(tǒng)產(chǎn)生能量交換，最后創(chuàng)生/消滅了多余的能量。但例2、3卻不一樣，例2中的石墨烯活塞在兩個不同條件的系統(tǒng)進行了能量與物質(zhì)的交換，即常壓系統(tǒng)與高空低壓系統(tǒng)，它把在低壓系統(tǒng)具備的真空能，轉(zhuǎn)換成了常壓系統(tǒng)中的重力勢能，吸水是由能量交換成了水這種物質(zhì)，放水，是由物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了能量。那么這個存在著物質(zhì)與能量交換的系統(tǒng)就是一個開放系統(tǒng)。例3也是開放系統(tǒng)，通過水在各梯田池內(nèi)的交換，使水的重力勢能交換成熱能，額外得到鐵塊的重力勢能。不過，如果我們把例2 這個設備放進一個封閉空間內(nèi)，不讓它工作，那么它就又變成了無法與外界進行能量與物質(zhì)交換的孤立系統(tǒng)了。為什么會出現(xiàn)這種自相矛盾的邏輯問題呢？ 因為1：可以通過運動創(chuàng)造出非孤立系統(tǒng)，2：根據(jù)最深邃的哲學思想，對立與統(tǒng)一是相對的。萬物都可化分為陽陽，陽中有陰，陰中有陽，決不能用一種屬性將其定義死。那么這就直接證明了把整個太陽系定義為孤立系統(tǒng)是個錯誤。同理，整個地球表面上是孤立系統(tǒng)，但在其小范圍內(nèi)，還是存在著非孤立系統(tǒng)，即使沒有，也可能通過一些辦法制造出來。

例4這個實驗開始由外界向該密閉空間內(nèi)提供了較多的電能，特別是使二氧化硫氣體氣化時，但使二氧化硫氣體液化時又對處放出了大部分熱能，雖然理論上消滅了一小點熱能，但還不夠直觀，不過充滿二氧化硫的氣球從密閉空間頂部落下時，卻很直觀地達到了消滅重力勢能的效果。如果我們不讓充滿二氧化硫的氣球落下，就沒辦法消滅能量，該氣球每下落一米，就多消滅了一點能量。所以，我們可以看做是通過運動來消滅了能量。

可以看出，上述4例都超出了能量守恒定律的規(guī)定?，F(xiàn)在的情況是，在封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)中都可以創(chuàng)生能量，而在封閉系統(tǒng)中還可以消滅能量，不管是封閉系統(tǒng)還是開放系統(tǒng)，它們都包含在非孤立系統(tǒng)之中。根據(jù)這些現(xiàn)象總結(jié)一下，于是，筆者提出了運動力學第4定律——在非孤立系統(tǒng)中，可以通過運動來創(chuàng)生或消滅能量。根據(jù)這條定律，可以創(chuàng)生能量的永動機它其實并沒有違反能量守恒定律，因為永動機與能量守恒定律適用的前提條件都不一樣，一個是在非孤立系統(tǒng)中有效，一個是在孤立系統(tǒng)中有效。

結(jié)語： 本文通過對4個思維實驗的仔細分析，并對能量守恒定律的深刻剖析，提出了它不適用的地方，為永動機的合法出世找到了理論依據(jù)。并讓人們堅信，一定能制出更有實用價值的永動機，也會有更好的消滅能量的辦法。為人類重新認識能量，利用能源指明了道路。