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引力场中第二类永动机的可能性再思考 李 孟阳 （绵阳外国语学校高2013 级7 班 绵阳 四川 , LeeMongYoung@G） 摘 要:本文对热力学第二定律的表述“第二类永动机不可能制成”提出了质疑.设计了多种实验仪器,并通过理论分析论 证了第二类永动机的可能性.但并未进行实验探究. 关键词:热力学第二定律,渗透,扩散,半透膜,热力学熵 中图分类号:O552 1 绪论 1.1 对热力学第二定律的质疑 热力学第二定律指出:没有任何一个体系可以从单一热源吸收热能,并利用此能量对环境做功(机械能), 而不引起其他变化,即第二类永动机不可能制成(开尔文表述).该定律是多年以来实验观测中总结出的经验 性规律,然而一百多年来都未能从理论上严格证明.随着统计力学的发展,人们认识到,热力学第二定律仅仅 具有统计学意义,20 世纪末的涨落定理更是通过实验证明了孤立系统的熵在热力学平衡时,仍然会自发地小 范围变动.然而这些新的理论几乎都没有影响现存热力学第二定律的应用. 本文将从更为宏观的角度进行论述,指出第二类永动机的可能. 1.2 溶液与胶体 如图1-1,在一个封闭体系中,溶质(密度较大)在引力场(或重力场)中在容器底部溶解于溶剂,通过扩散 作用,形成热力学平衡体系时,会伴随着体系重力势能的增加,此能量增量 ∆ S 0 将由环境中的热能提供.如若我们能通过做功,分离出部分溶剂与溶质,并 ∆U 0 且使做功小于这部分的重力势能增量与自由能之和,即W Δ + ΔG ,则 ∆E 0 我们便在引力场中,使一个体系不增加熵,而将内能转化为了机械能.在胶 溶解 体中,以胶质代替溶质,可以得到同样的结果. 图1-1 此外,在溶液或胶体中,分子做布朗运动时,根据涨落定理,体系的熵 可能短时间微量减小.如若我们能积累并转化这些变化,我们也能利用这些变化对外做功. 本文将重点利用胶体与半透膜的部分性质,设计可能的第二类永动机. 2 装置各论 溶剂饱和蒸汽 2.1 第一装置 如图2-1,在一个由连通器改装的封闭体系中,在其下部安装一 半透膜,并在容器两侧分别加入足够多的溶剂和该溶剂的胶体,其中, 胶质不能扩散透过半透膜,而溶剂可以自由透过.在引力场中,体系 处于平衡状态时,两侧之液面因渗透作用会产生一高度差Δh .但这并 不完全可看作渗透势差（化学势差）产生的静水柱.因为在引力场中, 宏观体系因胶体与溶剂密度差异所产生的压强差对水柱高的影响不 可忽略. 溶剂 半透膜 胶体 图2-1 半透膜 ∆h h h0 图2-2