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[原创] 任何作功过程不消耗能量

发布者: gongshi | 发布时间: 2016-1-9 11:26| 查看数: 5863| 评论数: 9|帖子模式

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最新评论

gongshi 发表于 2016-1-9 11:29:27
[twow_chaptitle:序言]
曾存档美国科学杂志的论文


尊敬的读者:

全球永动机爱好者无以计数,我少年时即极感兴趣。2001 年后,得闲暇,纷繁的思绪渐明
晰。2003 年5 月11 日起上网发表永动机系列帖。03 至06 年,网上交流获益颇丰,参与者有大
学在校生(如清华、北大、浙大、同济网友......)、教师、科研工作者、中科大的研究生、央
视科技频道科技网谈的在线专家等等。切磋的气氛始终热烈文明,可喜可贺!在此向昔日网友
们致敬感谢!

2004 年8 月至06 年8 月,我将相关资料整理成文,向美国科学杂志社投稿。陆续十几次
投稿中,有四次收到接受信,另两次的投稿收到回执,这六次稿件全都存档该杂志8 至10 年。
2006 年4 月我网上发《美“科学”杂志关注永动机理论!!!》
http://bbs1.people.com.cn/postDetail.do?view=1&id=517644&bid=8
一帖后搁笔。帖中信息能查证当年论文存档事实,因而被列入《科教热帖排行前20 甲》
http://bbs1.people.com.cn/postDetail.do?view=1&id=517738&bid=8

光阴似箭,逾十载。去年底我《科学》存档的诸文退回了。然而我为之万分感激!为该杂
志原编委的热忱帮助深铭于心!他们曾四次破格接收(按规初审两天,再复审。而我均发稿次日
即获接收信)并长期保存了六次投稿的稿件。我特要深深鸣谢科学杂志编委全体同仁!更要向
编委为我每封接收信署名的尊敬的卡罗琳女士(Carolyn Kyle Editorial Coordinator)衷心致
敬!虽与他们从未谋面,但他们独具慧眼的鼎力支持已成我永久的鼓舞与鞭策!
遂将这些稿子公之于众以飨网友,此为序。

对于文稿,敬请大家质疑、斧正,欢迎诸位的指教并致以诚挚的感谢!

祝网友们健康快乐凡事平安!

弓石敬启
gongshi 发表于 2016-1-9 11:32:21
[twow_chaptitle:摘要]

本文在*【前几篇论文】的基础上进一步剖析了热力学第一、第二定律中所存在的“作功过程必须消耗能量”的观念及相关定量论述之谬误。
这些被熟视无睹似乎无懈可击的传统理论长期以来阻塞了科学新思维的拓展与进步,延缓了永动机时代的到来。

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
注释*【前几篇论文】:指论文“永动机是可以制成的”;“热力学第一定律的漏洞”;“以偏概全的热力学第二定律”;“永动机否定论──现代科学理论之败笔”等篇。

gongshi 发表于 2016-1-9 11:33:46
[twow_chaptitle:引言]

某科普知识百科全书中言之凿凿的断言说:“……拖拉机耕地要消耗柴油的化学能,电动机带动水泵抽水要消耗电能等,不消耗能量的机器无法作功,
也不会永远运动。所以,永动机只是一种幻想的机器。” ──作功必须消耗能量吗?“作功耗能说”是颠扑不破的真理吗?

具有1焦耳动能的弹性球与相同的静止球正碰时作1焦耳功,弹性碰撞后静止球获得1焦耳动能。此事实不正揭示了做功不耗能的自然规律吗?!

gongshi 发表于 2016-1-9 11:36:32
[twow_chaptitle:论文标题索引]


一、作功耗能说的错谬何在
二、作功究竟是怎样的过程
三、能量形式转换的永动机
四、两种定量表述与熵再议
gongshi 发表于 2016-1-9 11:40:14
[twow_chaptitle:作功耗能说的错谬何在]

一、作功耗能说的错谬何在


    “守恒律(即‘能量守恒和转化定律’)”告诉我们在任何能量传递过程中“能量只能在各部分物质之间进行传递”。      

    既如此:“一部分物质能量减少”和“另一部分物质能量增加”两方面的事实就必然同时在任何能量传递过程中相依并存。

    其中仅仅“一部分物质能量减少”的单方面事实不能涵盖能量传递过程或作功过程(因作功过程也是能量传递过程。
如有关功的论述说:“甲物体对乙物体做功的过程就是能量从甲物体传递到乙物体的过程”。仅此甲物体能量减少的事实,
非即能量传递或作功过程。必须加上乙物体能量增加的事实才构成全过程)。

    通常在能量传递过程中出现的“一部分物质能量减少”的单方面事实不会成为【任何能量传递过程必须消耗能量】那样荒谬
结论的依据。耳熟能详的“守恒律”形成共识令人们欣然认可【任何能量传递过程都不消耗能量】的正确观念。

    然而对于作功这一特殊的能量传递过程,传统理论并未由此正确观念顺理成章地推出【任何作功过程都不耗能】的正确结
论,反而接纳了与此结论相悖而怪诞的【作功过程必须消耗能量】的传统观念(此错缪观念本文中亦简称:“作功耗能说”)。
以下即为与此传统观念相关的经典理论中人们司空见惯的论述:

    “据热一律‘外界传递给一个物系的热量等于系统内能的增量和系统对外所作的功的总和’的表述
可知:‘*【物系要对外界作功,就必须消耗本身的能量】或从别处得到能量的补充,因此永动机不可能制成’。
于是该定律也表述为:‘第一类永动机是不可能制造的’。”

    由此应看到:物系对外界作功的过程就是能量从“物系”传递到“外界(它物系)”的过程。所谓的“物系消耗本身能量”仅是
作功过程中“一部分物质能量减少”的单方面事实(注意!──作功过程中与其相依并存的“另一部分物质[即‘外界(它物系)’]能
量增加”的必然事实被忽略)不能涵盖全程,仅据此就轻率地推出相关全过程的结论【任何作功过程必须消耗能量】来显然是一
个以偏概全的错误!

  (若仅以“外界”能量增加的片面事实得出【任何作功过程必然增加能量】谬说来,则与其同为以偏概全之误。)

    一言蔽之:【任何作功过程必须消耗能量】之错缪观念乃源自将作功过程中“一部分物质能量减少”的片面事实误解为涵盖全
程的“消耗能量”事实所致。

   【任何作功过程必须消耗能量】结论既错,由它所得热一律“第一类永动机是不可能制造的”的表述也就难以立足(可参阅《热
力学第一定律的漏洞》中相关内容)。

    基于定性的【任何作功过程必须消耗能量】错缪结论还衍生了经典理论中其它错误的定量表述,它们可简括在“功的原理”的机
械效率公式里:

    机械效率η=机械输出能量/机械输入能量        (其中:η<100%)

    它表明:机械对外作功必须消耗能量,要持续作功就需不断输入能量,即“机械效率总不大于1”。因此“第一类永动机”绝不能制
成(据称依据于“守恒律”及“热一律”);

    它又表明:机械作功消耗能量的过程还必须受熵制约,即“机械效率总小于1”。因此“第二类永动机”也绝不能制成(据称依据
于“热二律”或“熵增原理”)。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
本段注释*【物系要对外界作功,就必须消耗本身的能量】:此物系本身消耗能量的事实虽然人亦常称“过程”,但它无视“物系”转移
到外界的能量,非属“守恒律”论及的“能量守恒”的“过程”(因“守恒律”所论的“过程”要求初始时刻参与转化的所有能量在全程中不能
有任何增减,其中若“过程”令非孤立系统能量减少时,则应将转移到外界的能量也加入方能获“能量之和仍然是不变的”的结论)。若
将两“过程”混淆易导致“能量守恒的过程中作功是消耗能量的”的荒谬结论,即陷入“作功耗能说”的“怪圈”──此为永动机否定论相关论
述中常见谬误之一。


gongshi 发表于 2016-1-9 11:45:06
[twow_chaptitle:作功究竟是怎样的过程]


二、作功究竟是怎样的过程


    上文既知传统理论以偏概全的错误论证导致了【任何作功过程必须消耗能量】之缪说,那么作功究竟是怎样的过程呢?

    现依据“*【守恒律】” 再作探讨。

    由“守恒律”,可用“三段论法”推出以下结论:

        “任何变化或过程,能量的形态可以发生转换,但能量的总和恒保持不变”(大前提)

        而
       
        “任何作功过程都是变化或过程”(小前提)

        所以
       
        “任何作功过程,能量的形态可以发生转换,但能量的总和恒保持不变”(结论)

        此显而易见的结论也可说为:【任何作功过程都是能量转化且守恒的过程】(当然依据它可以认定【任何作功过程不消耗能量】
的观点)。

        其实,此结论同样可以热一律“外界传递给一个物系的热量等于系统内能的增量和系统对外所作的功的总和”的表述为依据获得,
讨论如下:

        因热一律(Q=△E+A)所指称对外作功的“物系”既可为自然界中任一物系,

    (1)当“物系”为孤立系统时,

    即Q=0;A=0;△E=0时:“物系”中出现作功过程也并非不可能,如:

        [例证1]

        当“物系”为孤立系统时其内具3焦耳动能的木块在粗糙水平板上滑动,克服摩擦力作功至静止。

        [问]:此作功过程是否是能量转化且守恒的过程?

        [答]:经作功过程木块具有的3焦耳动能会转换为3焦耳热能在系统内传递,趋于热平衡。该孤立系统能值保持不变。
可见此【作功过程是能量转化且守恒的过程】。

        本例显示:“物系”既为孤立系统,其中发生的过程是只能遵循“守恒律”所论“孤立系统中,不论发生什么变化或过程,能量的形态
可以发生转换,但能量的总和恒保持不变”的法则的。

        因而:作为任何过程中之特殊的作功过程在“孤立系统”的“物系”中遵循【作功过程是能量转化且守恒的过程】之规则亦为热一律律
中应有之义了。

    据称支持“作功耗能说”的热一律,在此已作为任何孤立系统中否定该错缪结论之依据了!

    (2)当“物系”为非孤立系统时,

    即△E不为零时:由△E=Q-A可知,“物系”内能的增量△E正恒等于“外界”能量的相应改变量Q-A。它反映非孤立系统的“物系”与“外界”发
生能量交换时能值增减的数量关系,正与“守恒律”“非孤立系统与外界可以发生能量交换,它的能量会有改变,但它增加(或减少)的能
量值一定等于外界减少(或增加)的能量值”的论述完全相符毫无二致。

    因此从“守恒律”所得【任何作功过程都是能量转化且守恒的过程】的普遍性结论也必然同样适用于热一律的“物系”为非孤立系统时之
情况了。

    可见:就是在“物系”为非孤立系统时,热一律仍然可为否定“作功耗能说”的理论依据。

    热一律亦称能量守恒定律,它能与“守恒律”彼此佐证驳倒“作功耗能说”本为合乎常理的事。可惜传统理论误解了它们,“差之毫厘、
谬以千里”地将其视为“作功耗能说”之理论依据了!

    对热一律中“物系”内能增量△E反映的“一部分物质能量减少”的事实若能与“外界”能值变量Q-A反映的“另一部分物质能量增加”事实全
面考量,是应避免以偏概全的“作功耗能说”谬误及进而误导出的“第一类永动机是不可能制造的”的错误断言的。

    上述讨论使我们得知:热一律表述中除去“第一类永动机是不可能制造的”的错误断言外,它其余的语句无误,是能与“守恒律”一起作
为【任何作功过程都是能量转化且守恒的过程】的正确观点的理论依据的。它们与错误的“作功耗能说”毫不相干,在此澄清甚为必要!                                                      

        本段标题问道:“作功究竟是怎样的过程?”正确答案应为:【任何作功过程都是能量转化且守恒的过程】。可见:“作功耗能说”完全
错误而【任何作功过程不消耗能量】的见解当确立!

        那么,本文引言中那似乎颠扑不破的断言,即:“……拖拉机耕地要消耗柴油的化学能,电动机带动水泵抽水要消耗电能等,不消耗能
量的机器无法作功,也不会永远运动。所以,永动机只是一种幻想的机器。”又当何论呢?

        其实此断言的“致命”点在于:机器“消耗柴油的化学能”及“消耗电能”等做功以后转换的等值的“热及其它形式的能”仍然是能量,
【能量并未消耗!!】此断言是将能量形式的转换误作能量消耗了──这是确凿无疑的“偷换概念”的逻辑错误── 一种不太明显的初级错误!

        若作功仅相关于“能量形式转换”而非“能量消耗”,永动机就可能存在了!因经“能量形式转换”后的能量仍然可能转化为有序能(如机
械能、电磁能等。可参阅论文“以偏概全的热力学第二定律”)。

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
本段注释*【守恒律】:即“能量守恒和转化定律”本文综合考虑了它的两种表述,即:
一、“能量守恒和转化定律”:自然科学中最重要的普遍定律之一。可表述为:在任何与周围隔绝的物质系统(孤立系统)中,不论发生什么变
化或过程,能量的形式可以发生转换,但能量的总和恒保持不变。非孤立系统与外界可以发生能量交换,它的能量会有改变,但它增加(或减少)
的能量值一定等于外界减少(或增加)的能量值。所以从整体看来,能量之和仍然是不变的。定律表明,由于物质运动不能创生或消灭,作为物质
运动一般量度的能量也是不能创生和消灭的;能量只能在各部分物质之间进行传递,或者从一种形态转换为另一种形态。

二、“能量守恒和转化定律”:自然科学中最重要、最普遍的定律之一。即在任何物质系统中,不论发生什么变化,能量的形式可以发生转换,
但能量的总和始终保持不变。


gongshi 发表于 2016-1-9 11:47:42
[twow_chaptitle:能量形式转换的永动机]


三、能量形式转换的永动机


        上述理论论证所得【任何作功过程不消耗能量】的结论,可以以下事实,即──能量形式转换的永动机来证实:

        [例证2]

    静置之玻璃杯内与外界处热平衡的水中仅悬浮着一颗直径约10[-3次方]厘米的密度与水相同的布朗微粒(它
为宏观物体)。......微粒克服粘滞力作功其动能向水中耗散;随之水分子产生的涨落驱动力对微粒作功其动能
增加......如此循环往复无止无休。视能够对微粒持续不断作功的水为机械(若微粒所具动能的最大值平均为T,
最小值平均为T’)。

        [问]:此机械是否为η趋向无穷大的永动机?

        [分析与计算]
       
    据题意知,在水与布朗微粒构成的孤立系统中:

    当微粒初始动能由T减至T’时:微粒向机械(水)首次输入能为T-T’;

    随即机械(水)向微粒作功一次,微粒动能由T’增至T。

    先计算微粒动能在此一减一增过程中水之机械效率η’:

    η’=机械输出能/机械输入能=(T-T’)/(T-T’)=100%       ①式

    视具初始动能T的布朗微粒首次向机械(水)输入能为T-T’。此后,机械(水)反复回收微粒由水获得的动能
即可对其永久作功(微粒如超微型汽车,里程随时间推移无休止地增长)。求机械向微粒作功n次的机械效率η,
应有:

    η=n×①式=n(T-T’)/(T-T’)=n×100%

    即:η=n×100%      ②式                                                      

    若水向微粒作功次数不断增加:至n→∝时,可得:η= ∝ ×100% = ∝ 即机械效率无穷大。

        [答]:此机械为η趋向无穷大的永动机(即前几篇论文提到的“布朗永动机”)。  

        从“布朗永动机”中我们看到:在水与布朗微粒构成的孤立系统中,能量的总和恒保持不变。当微粒动能传递给
水时,微粒对水作功一次;当水传递能量给微粒时,水又对微粒作功一次......如此循环往复,无休无止──持续不
断的作功过程,其实就是持续不断的能量转化(传递及转换)且守恒的过程。可见:【任何作功过程不消耗能量】
的结论是有事实依据的。

gongshi 发表于 2016-1-9 11:52:58
[twow_chaptitle:两种定量表述与熵再议]


四、两种定量表述与熵再议


        “作功耗能说”为缪说,基于它的两种定量表述即“机械效率总不大于1”及“机械效率总小于1”也都是错误的。
仅“布朗永动机”机械效率趋向于无穷大的事实,已有力地驳倒了它们。

        因此当如何回答:“机械效率总不大于1或总小于1吗”这一问题呢?应有:【机械效率可以达到无穷大】才为
符合事实真相的正确答案,它也才是符合能量守恒定律的结论。

        下面再以【任何作功过程不消耗能量】的结论出发,与大家一起分析几类“违背”“熵增原理”且机械效率均
大于1的物理现象:

        [例证3]

    在理想状态下:光滑水平面上有排成一直线等距离的无数相同弹性球。向第一球作1焦耳功令其获得1焦耳动
能后它与第二球发生正碰、随即完全弹性碰撞连续发生......。此无数弹性球构成的孤立系统具有机械能始终
为1焦耳。

        [问]:若称第一球为“弹性球推进器”,其机械效率几何?

        [分析]

    在理想状态下,题设过程中各球按序获得1焦耳动能后都要向下一球发生正碰作功,作功值均为1焦耳。将第
一球对第二球作的功、第二球对第三球作的功、......第(n-1)球对第n球作的功、第n球对第(n+1)球作的功、
第(n+1)球对第(n+2)球作的功、......相加起来为输出功,可得输出功为无穷大!而由题意可知机械输入功
为1焦耳。因此“弹性球推进器”机械效率:

        η=机械输出功/机械输入功=∞/1=∞。

        即其机械效率无穷大!

        [答]:“弹性球推进器”机械效率为无穷大。

    受“作功耗能说”束缚的经典理论分析此“弹性球推进器”的作功过程时,只能承认第一球对第二球作的1焦耳功
为机械输出功。但存无法自圆其说的多重矛盾,如:

    ①功的原理数学表达式为:W总=W有用+W额外。若“弹性球推进器”的输出功是第一球对第二球作的1焦耳功等
值于总功,那么后继过程的无穷大功既非有用功,又非额外功,当为什么功?

    ②第一球对第二球作1焦耳功后,有人牵强地将后继连续正碰过程解释为不作功的能量传递过程。其实后继的连
续正碰都是无可置疑的作功过程(可对照“功”的定义判定)。

        ③有人认为若输出功值超过了总功值,必然创生了能量。其实此理想状态的孤立系统被机械能守恒定律制约,以
接续不断作功保持机械能值不变是必然结果。此弹性球连续碰撞的现象能显示作功不消耗能的客观规律!

        ④每每具有1焦耳动能的弹性球与相同的静止球正碰时作1焦耳功,弹性碰撞后静止球获得1焦耳动能。此事实不正
揭示了做功不耗能的自然规律吗?!

        此例也为“机械效率总小于1或总不大于1”断言的反例,为“熵增原理”无法自圆其说的“第一类物理现象”,称为:

   【理想状态下孤立系统熵恒定的现象(伴随系统内不断作功过程;机械效率无穷大)】

        [例证4]

    水平面上有排成一直线等距离的5个相同的塑料球。向第一球作1焦耳功令其获得1焦耳动能后它与第二球发生正
碰、随即正碰连续发生(均为非弹性碰撞)。且测定:第一球获1焦耳能后与第二球正碰,向它输出功约为0.8焦耳;
以下依序正碰输出功分别约为:0.64焦耳;0.51焦耳;0.41焦耳。

        [问]:若称第一球为 “塑料球推进器”,其机械效率几何(以近似值计算)?

        [分析]

    得:1焦耳为机械输入功;(0.8+0.64+0.51+0.41)焦耳为机械输出功。

        “塑料球推进器”机械效率:

        η=机械输出能/机械输入能=[(0.8+0.64+0.51+0.41)÷1]×100%=2.36%

        [答]:“塑料球推进器”机械效率为2.36%

    获得1焦耳动能后的塑料球系统可视为处于孤立系统内,其事实也否定了孤立系统熵制约下“机械效率总小于1”的断
言。也就是说即使在非理想状态下熵增过程也可以比传统结论缓慢得多。其实它作功过程的停止非因“消耗能量”,而因
机械能渐渐转换为热能之故。此即“第二类物理现象”,称为:

   【孤立系统熵缓增的现象(伴随系统内作功过程;机械效率可大于1的若干倍)】

        [例证5](对[例证2]再讨论:前已知其非“耗能过程”,在此着重对比它与“熵增原理”结论的差异)

    静置之玻璃杯内与外界处热平衡的水中仅悬浮着一颗直径约10[-3次方]厘米的密度与水相同的布朗微粒(它为宏观
物体)。......微粒克服粘滞力作功其动能向水中耗散;随之水分子产生的涨落驱动力对微粒作功其动能增加......如
此循环往复无止无休。视能够对微粒持续不断作功的水为机械(若微粒所具动能的最大值平均为T,最小值平均为T’)。

        [问]:此“布朗永动机”的物理过程与“熵增原理”有何冲突?

        [分析]

    在水与布朗微粒构成的孤立系统中:微粒因不断克服粘滞力作功机械能减少,此为有序趋向混乱的过程──系统熵增大;
在混乱运动的水分子产生的涨落驱动力作用下,构成布朗微粒的大量分子之集合体作定向运动的机械能又增大,此为混乱趋
向有序的过程──系统熵减少;......如此周而复始永不止息,系统熵值沿时间轴呈波浪线变化(因微粒受力的不确定性,此曲
线的周期、振幅、线形等不规则)。此与“熵增原理”给予的孤立系统熵值沿时间轴渐升至最大值的曲线完全不同,即“第三
类物理现象”,称为:

   【孤立系统熵值呈现波浪线变化现象(伴随系统内不断作功过程;机械效率无穷大)】

        若将此熵图象上任一熵值下降时段对应的过程分割出来,即“第四类物理现象”,称为:

        【孤立系统熵减现象(伴随系统内作功过程:它是自发的熵减现象,机械在不花代价的情况下输出能)】

        [例证6] ([例证2]的单微粒“布朗永动机”“作功不耗能”。此例无数微粒的“布朗永动机”不过是前者的叠加,同样是
“作功不耗能”的)

        在有无数布朗微粒的气态或液态孤立系统中熵达最大值后仍能对布朗微粒持续不断地作功(可参阅论文“永动机是可以
制成的”中“二、布朗永动机”部分)。此即“第五类物理现象”,称为:

        【孤立系统熵恒定的现象(伴随系统内不断作功过程;机械效率无穷大)】

        由上述“违背”“熵增原理”的“五类物理现象”足以知道:被“作功耗能说”束缚的熵理论面对事实时是“捉襟见肘”“难以成
立”的。此五类现象均非“作功耗能”过程。

        实际上,一切人们原以为合乎“作功耗能说”传统理论的事实,均非“作功耗能”过程!是司空见惯见怪不怪的传统的错误
观念形成的“思维定势”遮掩了事实真相!上面有限的个例或许有助于人们发现此类错误。


Lincoln 发表于 2018-7-21 12:03:33
任何作功过程不消耗能量!!!

看了此标题,非常震撼!!!


再看看现实中的电动机,

又有何感想???

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