一种科学有趣的玩具模型空调永动机原理说明

一种科学有趣的玩具模型空调永动机原理说明
原理叙述:
模型动态永动机（离心式）见图
一．描述：
主要部分是呈中心轴对称的圆锥体形密封容器，并绕中心轴作匀速圆周运动，内盛适量的符合要求的冷凝剂，并抽出空气使其空间部分充满该冷凝剂的气相成分，圆锥体周围有缝隙空间和轴中间的管道空间通过上下的吸热器和散热器相连，构成一个上为气相，下为液相，气相从中间向四周流动，液相从四周向中间流动的两相同一物质的内外循环。

轴心管上端因温度低于环境而不断吸收热量，谓之吸热器；轴心管下端因温度高于环境而不断释放热量，谓之散热器，它们的外形可根据充分热传导要求而另行设计。

圆锥体上下装有轴承，与本机外壳或支撑隔墙相连，起到支撑隔热等作用，并维持其匀速圆周运动。

由于气体部分中间和外周的压强差是产生本机上下温差的主要原因，故气体部分管道适合用热的不良导体材料(除吸热器外); 而液体部分的管道内壁，适合用热的良导体材料（中心管除外），目的是维持液体的热传导畅通。

另外, 圆锥体缝隙空间部分经线方向有条状凸起,目的是保准气液体畅通的情况下,维持气液体与圆锥体一起作圆周运动.
二．原理浅析
1. 气旋分析显而易见,本机的气体部分,在总体上形成了气旋这种运动方式,因为自身的质量(惯性)作用而产生离心力的结果,使气体中间部分稀薄,周缘部分稠密,也就是说,中间气体气压小,密度小,温度低;而周缘气体气压大,密度大,温度高.其原理来自玻尔兹曼定律: PV=kT.
2. 转动液体的凹面和非惯性系里介质的等温面源于我们的常识,转动液体的凹面形成是很好理解的,而且,这个凹面是液体的等势面,就象在重力场里,水平面就是液体的等势面一样. 但我要说的是,在非惯性系里,平衡态物质的温度也存在着等温面.这里气体中的等温面是围绕轴线的同轴圆柱面,且在同一非惯性系里,平衡态理想气
体各等温面的热力学温度与它在该面上理想气体的压强成正相关关系. 而在同样情况下,液体或固体介质因其变形程度小(指密度的改变),其等温面之间的温差变化也小,可近似看作等温体. 在我们最常见的非惯性系—重力场中,低海拔空气气压大而温度高, 高海拔空气气压小而温度低. 这种现象揭示了非惯性系里的介质存在等温面的本质. 由于在宇宙中,热量大多伴随物质而存在,而物质又大多存在于非惯性系里,所以,温度并不会趋于等同.这就是批驳所谓宇宙”热寂死”最根本的论据.
3. 循环分析
1).在一个静止的密闭绝热容器里盛有冷凝剂,经过足够时间后冷凝剂的液相汽化和气相液化达到动态平衡,即在容器任何部分液面上液相汽化的物质量与气相液化物质量相等,没有形成循环.并保持温度均一.
2).在同上条件下,但保持容器的匀速转动并使之达到动态平衡,那么,在凹液面上液相汽化的物质总量与气相液化物质总量相等,但因为凹液面中心部分因气压低汽化量多于液化量,从而液体汽化成气体,并吸收汽化潜热降低温度;而凹液面上的周缘部分则相反,气体液化成液体,并释放汽化潜热提高温度. 这样,在该系统的动态平衡中.产生了物质与热量的内部循环,并保持了循环所需的稳定的压强差和温度差.
3).在上面情况下,动态永动机需要做的仅仅是把温度差和热量流引出系统外.这就是设计本机的依据和思路.
三．能量分析
在理想状况下,本机的工作状态基于系统的动态平衡状态,所以,并不需要系统外输入能来维持其工作.甚至维持其整体的匀速圆周运动也是物质的惯性,转动摩擦力和空气阻力并不计入本机能量范围. 所以本机并不是一种耗散结构,而是能源来自冷凝剂内能或者说循环利用能源的第二类永动机.
四.本机与现有热力学之间的矛盾
本永动机并未违反热力学第一定律—质能守恒定律,而是违反了热力学第二定律: ①不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化—克劳修斯表述. ②不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化(也就是说第二类永动机不可能制成)—开尔文表述. 当然也违反了为修补热力学漏洞作的补丁定律—热力学第零定律: 如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡.它又补充了对温度的定义.
这些讲解已很清楚讲明了该玩具模型机的原理.喜欢制作又动手能力强的朋友可以自己试一下.,体会其中的乐趣.。