◎重庆市育才中学校 高媛 李建 李鸿

在这个世界上, 除了“时空穿梭机”, 还有一种令人好奇和着迷的设想, 那就是“永动机”。

从古至今, 关于“永动机”的创造层出不穷, 但最终都以失败告终。在人们的想象中, “永动机”是一种不需要外界输入能量或只需要一个初始能量就可以永远做功的装置。这样的装置真的存在吗？它被设想出来却不能被制造出来的原因是什么？让我们一起通过一个小制作来探寻“永动机”的奥秘。

一、制作材料与工具

准备分别贴了A、B、C标签的透明塑料瓶（含瓶盖）3个, 长度适中的塑料吸管4根, 热熔胶枪, 电烙铁, 美工刀, 带颜色的水, 如图1。

图1

二、制作步骤

（一）将塑料瓶B的瓶口粘在距离塑料瓶C底部2 cm处的侧壁, 如图2。

图2

（二）在塑料瓶C的瓶盖中央用电烙铁开一个小孔, 在小孔中插入一根吸管, 使吸管底部管口距离瓶底0.5 cm。用热熔胶固定吸管, 并将吸管与塑料瓶C的瓶盖接口处密封, 如图3。

图3

（三）用美工刀在塑料瓶A的瓶身开一条长5 cm、宽2 cm的长方形口, 并在与长方形开口正对的侧面用电烙铁开两个与吸管口大小一致的孔, 两个孔的位置如图4。

图4

（四）将塑料瓶C中的吸管穿过塑料瓶A靠近瓶底的孔, 并用热熔胶将其固定、密封, 如图5。

图5

（五）用电烙铁在塑料瓶B、C的瓶身上端距离瓶口2.5 cm处各开一个与吸管口大小一致的孔, 如图6。用吸管将两个孔连接, 再用热熔胶密封, 如图7。

图6

图7

（六）将另一根吸管从塑料瓶A靠近瓶盖处的小孔插入, 在吸管正下方的塑料瓶B的瓶身上做好标记, 并用电烙铁开一个同样大小的孔, 如图8。用吸管将塑料瓶A、B正对的小孔连接, 吸管下端端口与塑料瓶B的瓶壁齐平, 吸管上端端口插入塑料瓶A中的长度约为2 cm, 所有接口用热熔胶固定并密封, 如图9。

图8

图9

（七）向塑料瓶A中加水, 水流入塑料瓶B, 如图10。将装置顺时针旋转90°, 水从塑料瓶B流入塑料瓶C, 如图11。

图10

图11

（八）再将实验装置摆正, 往塑料瓶A中倒水, 如图12。可以看到水自动循环流动, 如图13。一段时间后, 水停止循环流动。

图12

图13

三、原理分析

实验中, 先向塑料瓶A中加水, 让适量的水通过塑料瓶B进入塑料瓶C后, 再向塑料瓶A中加水。因为气压差, 这时塑料瓶B内的空气通过吸管被挤入塑料瓶C, 使得塑料瓶C内的气压大于外界气压。塑料瓶C中的水通过吸管被重新压入塑料瓶A中, 从而实现循环流动。

为什么一段时间后水就停止循环流动而无法实现“永动”呢？

热力学第一定律表明, 能量总是守恒的, 它不会凭空产生和消失, 只会从一种形式转变为另一种形式。加入塑料瓶A中的水具有初始的重力势能, 但在流动的过程中, 不可避免地与塑料瓶、吸管、空气等摩擦, 从而使一部分能量转化成内能, 而这一部分能量无法再次转化成水的重力势能, 所以水无法循环流动。

“永动机”正是违背了能量守恒定律, 所以无法被制造出来。