第一类永动机「第一类永动机和第二类永动机区别」

很巧合，前天下午教师群里看到，有外校老师在讨论第一类永动机到底有没有违反热力学第一定律。晚上吃饭的时候，也刚好有朋友问到永动机的事情。

一、这些是永动机吗？

当你想到永动机的时候，很可能是上面的情景。永动机，顾名思义就是能永远动的机器。具体来说，就是无需外界帮助，靠自己就能永远运行的物体，直到天荒地老都不会停。这种神奇的机器，理论上是存在的。只要忽略一切摩擦，上面的“摩天轮”也可自转到永远，钢管舞演员就成了人肉永动机。但是我们都知道，现实世界到处存在各种摩擦，而摩擦会生热。动能慢慢会转化成热（内）能，最终动能减小到为零，机器停下来。所以，现实生活中，永动机无法制造成功。

这种对永动机的理解，看上去是不是很科学？很合理？是不是跟你心里想的是一模一样？如果是，请来一波点赞转发和评论。

但是，如果我说，上面说的一切，包括图片，跟永动机半毛钱关系都没有，你会不会打死我？

如果我再跟你说，永动机能不能制造成功，跟有没有摩擦也是没有半毛钱关系，你会不会怀疑我在胡说八道？

是的，就算没有任何摩擦，就算物体能永远运动下去，都不叫永动机！因为，能够永远靠自己运动下去的机器，它压根就不叫“永动机”。

二、科学概念的重要性（后面简称概念）

首先，我们要知道，“永动机”是一个概念，或者说是一个专有名词。为了避免出现歧义，概念都是经过严谨定义的。而很多时候，我们的认知偏差，都来源于没有对概念充分地认识和理解。举两个用错概念的例子：

（1）今晚电影的开场时间是19:30，最好带喝的进去，因为电影的时间长度是150分钟。

（2）这台车的0-100km/h的加速时间只要4秒，加速度很大。同时，它100km/h刹停距离是30米，减速度也非常优秀。

只要上过高中，物理课没有全部睡觉的，都应该知道，那个19:30它应该叫时刻，世界上也根本没有减速度这个概念。第1种情况是概念不清，第2种情况就完全是自以为是，生搬乱套。

概念的重要性，才是我这里想表达的重点。很多时候两个人在讨论一件事情，公说公有理、婆说婆有理，往往就是对一个“概念”，有了不同的理解。但是在科学上，概念是有明确的定义，不存在歧义。

三、什么是永动机？

来，搬好凳子，上课了。（我尽量少用专业名词和公式）

永动机有两类，分别是第一类永动机和第二类永动机。第二类永动机太专业，此处不介绍。我们平时说的永动机，其实指的是第一类永动机。

第一类永动机的定义：不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器。

现在认真读一读定义就会发现，概念中的“永动”，指的不是机器能永远运动，而是指机器能不断对外做功。

现在回到开头，再看看那两张动图。它们与外界没有任何联系，不存在对外做功，不符合定义的要求。所以图中的“摩天轮”和“演员”，不管能不能永远运动下去，都不是第一类永动机。自然，不能称为永动机。

四、为什么第一类永动机不可制造成功？

讨论这个问题，就要知道什么是热力学第一定律。你是不是隐隐约约觉第一类永动机为什么叫“第一类”了？

热力学第一定律的定义：物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所作的功的总和。

表达式为：ΔU=Q+W

ΔU为内能的增加量。若减小，取“-”值。

Q为物体吸收热量。若放热，取“-”值。

W为外界对物体做的功。如果是物体对外界做功，取“-”值。

如果看不懂，我以“你”为例子来说明。现在你把自己代入进去。

Q为你吸收的热量（卡路里），从食物获得。你吃进去热量为2000卡路里的食物，换算成国际单位就相当于8400J。记作：Q=8400J

W为外界对你做的功。如果是你对外界做功，取“-”值。比如你用2000牛顿的力，水平推动箱子移动3米。此过程你对物体做功6000J。记作：W=-6000J

把Q和W代入，得到ΔU=Q+W=8400J+(-6000J)=2400J。

U为你的内能，ΔU为内能的增加量。ΔU=2400J为你的内能增加了2400J。这种情况，就叫热量摄入过多，你有变胖的风险。所以热力学第一定律告诉你，减肥就两招：管住嘴，迈开腿。

来，现在我看再看一眼第一类永动机的定义：不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器。

首先，不需要任何动力和燃料，相当于你不吃任何东西，即：Q=0

其次，对外做功，你还是推那个箱子3米，即：W=-6000J

由：ΔU=Q+W，可得：ΔU=-6000J，代表你的内能增加了-6000J。翻译成人话就是，你的内能减小了6000J。

重点来了！在这种情况下，能实现“不断”吗？也就是说，你不吃任何东西，能推箱子吗？当然能！能不断地推箱子吗？不能！因为你会饿死！

人的内能是有限的，你不吃饭，内能不会凭空增加，也不会凭空减小。你推箱子做了6000J的功，必然导致你的内能就要减小6000J。当你的内能减小到不足以维持生命，你就挂了，也就是不动了。

这就是第一类永动机不能制造成功的原因。从理论上就不可能制作成功，跟有没有摩擦一点关系都没有。

反过来说，如果第一类永动机是存在的，那么就要求你有无穷大的内能。这样你会胖成一个宇宙，想想都恐怖。

这显示违反了热力学第一定律和能量守恒定律。而热力学第一定律，就是能量守恒定律在热力学的具体表现形式。

简单地说：第一类永动机违反了热力学第一定律，所以不可能存在。

五、最后，划重点！

1、概念都经过通过严谨定义，不存在歧义。但科学是在发展完善的，不同时期，概念的定义可以不同。

2、概念的一切科学规律的基础，所谓的公式、定律、定理等，只是在描述一些概念之间的关系。

3、第一类永动机的重点不是能否永动。而是能否做到只出不进，还forerver。因违反最基本的能量守恒定律，理论上绝对不能制造成功。

4、第一类永动机之所以叫第一类永动机，是因为它违反热力学第一定律。

六、作业

1、翻回去看文章第一段，你现在可以告诉那些老师答案了吗？

2、第二类永动机能不能制造成功？为什么？

3、为什么没有第三类永动机？