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永動機器為何行不通？──Netta Schramm

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    在公元 1159 年左右
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    印度一位名為巴斯卡拉的數學大師
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    草擬一個輪子
    輪內有曲線凹槽盛裝水銀
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    他解釋當輪子旋轉時
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    水銀會流向每個凹槽的底部
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    這樣會讓輪子的一端永遠比另一端重
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    此不平衡現象會使輪子不停轉動
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    巴斯卡拉的設計圖
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    是永動機的最早雛形
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    在沒有任何外力協助下
    機器能不斷運轉
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    想像風車製造使其不停轉動的微風
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    電燈泡自給自足發光的電力
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    這些裝置激發許多發明家的想像
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    因為這能改變人類與能源的關係
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    例如，若你能創造一個永動機
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    包含人類作為此完美
    節能系統中的一部分
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    生命可能因此永續存在
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    但是有一個問題存在
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    就是這種機器行不通
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    永動機的想法
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    全都違反超過一項的熱力學基本定律
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    那是物理學的一支
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    解釋不同能量型態之間的關係
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    熱力學第一定律提到
    能源無法被創造或毀滅
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    輸出的能量必定不多於輸入的能量
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    此定律立即排除永動機的運作
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    因一台機器最多能產生它消耗的能量
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    沒有多餘能量啟動車子或給手機充電
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    若只想讓機器不斷自行運轉呢
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    發明家提出許多想法
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    其中有幾個是巴斯卡拉
    不平衡輪子的變體
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    水銀換成滾動球體或擺動的載重力臂
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    全起不了作用
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    移動的部分加重輪子的一端
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    也使輪子質量中心下墜低於輪軸
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    低質量中心
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    讓輪子像鐘擺般來回擺動
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    隨後停止
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    如果採取不同的方式呢
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    17 世紀的愛爾蘭
    自然哲學家羅伯·鮑爾
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    提出一個自給水壺的想法
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    他解釋毛細管作用
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    即液體與管子表面的吸力
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    把水吸進細管裡
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    或許可讓水在容器循環流動
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    但若毛細管作用大到足以克服引力
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    將水吸引上來
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    同樣能阻止水注入容器裡
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    另個情況則運用磁鐵
    就像這條斜坡
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    頂端的磁鐵把球吸上來
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    然後球掉進洞裡
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    重複循環
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    這想法也失敗，原因如同自給水壺
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    球就被磁鐵吸附在上面
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    就算球真的循環運動
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    磁力會愈趨減弱
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    最後停止運作
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    想讓這類機器持續運作
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    則必須製造額外的能量
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    促使整個運作系統超越停止點
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    打破熱力學的第一個定律
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    能量看似持續運作
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    但實際上它們總是
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    從一些外部來源獲取能量
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    就算工程師能設計一個機器
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    不違背熱力學第一定律
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    因第二定律這在現實中仍行不通
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    熱力學第二定律
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    說能量往往通過摩擦等過程而散失
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    任何真實機器都會有移動的部件
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    或與空氣和水分子產生交互作用
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    這會產生小量的摩擦與熱能
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    即便在真空狀態也是如此
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    熱能就是能量散逸
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    且持續散出
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    這會降低可供系統運作的能量
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    直到機器不可避免地停止
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    截至目前，這兩項熱力學定律
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    阻礙與永動機相關的任何想法
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    及所蘊含的完美節能美夢
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    是否永遠無法發現永動機則難以定論
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    因人類對宇宙的了解仍極為有限
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    也許人類會發現全新的運作法則
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    迫使我們重新審視熱力學定律
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    又或許永動運作
    存在於渺小的量子尺度
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    唯一能確定的是人類不會停止探索
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    現在唯一確知的永動
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    是人類的探索
Title:
永動機器為何行不通？──Netta Schramm
Speaker:
Netta Schramm
Description:

觀看完整課程：http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-perpetual-motion-machines-ever-work-netta-schramm

永動機──即不靠任何外在能量卻能不斷運作的機器──激發許多發明家的想像力。因為這能完全改變人類與能源的關係。有個問題存在：永動機是行不通的。為何行不通？
Netta Schramm 為永動機的缺陷提出解釋。

課程與動畫分別由 Netta Schramm 與 TED-Ed 提供。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:31

Chinese, Traditional subtitles

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