图说——利用渗透压构造第二类永动机的理论和实验

一．如图１所示汽缸活塞系统：当热源Ａ、热源Ｂ温度不同时，物体Ｃ才可以在汽缸活塞系统的推动下运动。由大量此类经验事实出发，卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律）认定：在找不到一个可以吸收热量、相对温度较低的“冷源”时，热能不能转化为宏观可利用能量；这样，当没有更低温度“冷源”时，即使环境中有丰富的热能，也是不能做功的“废热”。

二．当不存在更低温度“冷源”时，期望将环境中热能（本质是分子无规则运动所具有的能量）转化为宏观可做功能量，使环境中丰富的热能可以被回收再利用的系统（如图２示意系统），被称为“第二类永动机”。

如果，能够实现“第二类永动机”，意味着：人们烧水，做饭，开车，……等等方式使用能量耗散到环境中的热能，可以回收再利用；从而，人类就可以彻底摆脱能源不足的困扰；由于在能源供应充分的前提下，绝大多数物质资源都可以循环再利用，人类也可以摆脱许多物质资源不足的困扰；使物质财富像泉水一样涌流出来的美好前景，就可以具备坚实的物质基础！不过，目前，主流物理学家认定其违反“热力学第二定律”——是“不可能实现的”梦想。

三．目前，主流物理学家认定“第二类永动机是不可能实现的”——其微观根源到底是什么呢？
　　这牵扯到我们对“热现象”物理本质的认识。目前，我们关于热现象的共识是：分子无规则运动是热现象的微观本质；温度，是分子平均动能的标志。日常生活中，我们常可见到如图3所示的一群小蚂蚁共同搬食现象——一片硕大的面包屑，在一群小蚂蚁的协同作用下，产生宏观可以观察到的运动；

但是，如果这些蚂蚁被施了魔法，失去协同能力，那么，这些蚂蚁相当于无规则运动的分子，目前主流物理学家断定：“如图4所示，那片面包屑则难以产生宏观可见的运动——如同在一群（同样的）无规则运动分子作用下，无法使宏观物体运动；除非如图5所示两个汽缸中，所容纳的分别是平均体能不同的两种蚂蚁（比喻两种不同温度的分子系统）时，图5中物体C才可能产生宏观可见的运动。”。以上，下划线部分对应的话语，就是卡诺定律的微观本质。

虽然，在人类难以对分子进行微观操控的时代，卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律）是难以撼动的铁律；但是，随着人类逐步获得纳米级操控能力，卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律），仍然是不可逾越的铁律吗？

　　深入到纳米级微观层面，对渗透压现象的理解和初步实验事实证明：卡诺定律（及由其凝炼得到的热力学第二定律）这堵铁墙，是可以被纳米级孔隙穿越的！人类梦寐以求的“第二类永动机”，是利用现有与“反渗透海水淡化”工程技术相当的成熟技术，就可以在一定程度上实现的！
　　其理论根据如图6所示。图中，红色点线代表“半透膜”，相当于一张“筛网”，它允许图中小点代表的“水分子”从网孔中穿过；但可以拦截、弹回图中绿色圆点代表的“溶质”微粒；那么，在图中Ｕ型管两侧，纯水侧液位会稳定在低于溶液侧液位的水平上。两侧的液位差，被称为“渗透压”。其微观机理，可以理解为：半透膜相当于密布的多个足球球门，两侧分子微粒无规则运动，可以发起一次次“射门”；纯水侧水分子每次射门，射中（从而进入半透膜另一侧）的几率较高（术语称之为“水势高”）；溶液侧由于混杂有不可透过半透膜的微粒（绿色圆点），使得，在溶液侧，由水分子发起的射门次数少于纯水侧，射中（从而进入半透膜另一侧）的几率较低（术语称之为“水势低”）；使得，纯水侧液位会稳定在低于溶液侧液位的水平上，呈现出“渗透压”现象。水分可以从大树根系被输送到上百米的树梢顶端，据研究，主要归因于渗透压的作用。
　　以往实验和理论研究得到的渗透压公式是

Π=cRT

式中，Π—渗透压

    c—不可透过性微粒的摩尔浓度

    R—理想气体常数

    T—半透膜附近液体的绝对温度

实验证明：渗透压Π的大小，仅仅和不可透过性微粒的摩尔浓度有关、和不可透过性微粒的具体物理性质无关。因此称，渗透压具有“依数性”。

根据渗透压的依数性，如图７所示，对于阴阳离子数不平衡溶液（图中，红色圆点代表阳离子，以绿色圆点代表阴离子），

在图中两条短划线代表的阴阳两个静电电极形成的静电场作用下，会分别相对富集于两个红色点线代表的“半透膜”附近，达到抵消外加电场的静电平衡状态；从而，两个半透膜附近，溶液和纯水之间，有不均衡的“水势差”；导致，图中Ｕ型管中，两侧纯水，可以具有稳定的水位差；进而，当构造一条水道，允许一侧纯水可以流向另一侧时，如图８所示，图中滴水，理论上可以永久持续进行（能量根源于分子无规则热运动所具有的能量，滴水可以持续冲击叶轮发电），构成“第二类永动机”。

作者根据上述理论判断，所进行的多次实验证明，图７所示现象是真实存在的；进一步的实验证明：图８所示现象也是真实存在的；但是，在作者简陋的实验系统中，水滴滴落速率会逐渐降低（从第一天开始的大约４分钟一滴，到第三天的大约１０分钟一滴；在滴落周期超过３０分钟的情况下，给溶液部分加热，可以使滴落周期缩短到大约３０秒一滴。）；拆解滴落实验系统发现：滴落速率的趋缓，和两个半透膜之一明显脏堵有关。滴落实验系统照片如下：

UPDATE:

　　为借助“利益驱动”，加快该项目实施、造福社会，作者已经就该项目申请发明专利。欢迎洽商该项目投资合作。

图说第二类永动机.pdf