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程稳平先生：你能对“磁场中的电化学反应”进行分析吗？
程稳平先生：你好 在你的主页上看见你写的文章《请勿在“磁能”上动“花脑筋”》，我想请你在百忙中对“磁场中的电化学反应”作分析。因为你在文章中写道：“面对挑战，我们这些从事科学技术工作的人员有必要站出来应战。” 谢谢 刘武青 2001/4/20 程稳平先生的主页地址链接在我的主页的首页，进入 http://cqfyl.163.net http://go.163.com/~cqfyl 的首页即可进入程稳平先生的主页，点击《实践与探索专题》栏目。 ----------------------------------------------- （注： 本文根据我于1984年7月21日与1984年9月16日写给《电子报》编辑部的两封信的内容整理而成。《世界发明》杂志在1981年～1984年间曾多次刊登国外研究出“磁动机”与“热动机”的报道文章。1986年后，该杂志又刊登了 “磁动机”与“热动机”被国外权威机关判定为“永动机”的报道文章。） 请勿在“磁能”上动“花脑筋” 1984年4月8日，《电子报》在第14期第2版上向读者推荐转载了两篇“轰动性”文章：“电磁动能发动机发明的新动向”（原载《世界发明》84年第1期）与“不需要外加能源的永磁铁发动机”（原载《世界发明》80年第1期）。对于这两篇“很有点‘永动机’味道（赵石云语）”的文章，《电子报》的编辑赵石云同志并不打算对其进行争论，而只是希望它能够引起业余电子爱好者的兴趣并动手做此实验。对于《电子报》的良好愿望，我们完全赞同。但是，如果推荐给读者创作的素材根本就是不能成功的“永动机”，其结果又会是什么呢？果然，就在《电子报》转载了这两篇“轰动性”文章之后，在社会上引起了强烈反响。《电子报》又在1984年的第23期、第27期、第30期、第34期上陆续刊登了5篇有关“永动机创作”的文章。面对挑战，我们这些从事科学技术工作的人员有必要站出来应战。 一、判别永动机的依据是它的“运动”违反了“能量守衡定律” 判断一个机构是不是永动机，唯一的依据是看这个机构的运动是不是违反了“能量守衡定律”，而其具体的结构根本不必去管它。凡是企图凭空创造出能量来的机器就是永动机。换句话说，“永动机”的准确名称应该是“凭空造能机”。 因此，我们只要立足于“能量守衡定律”就可以作出推断：无论“磁能发动机”做得多么巧妙，它也不能够凭空产生出能量来。磁能与其它形式能量的相互转化过程，只不过是起着储能、放能的作用。采用很巧妙的设计方案，可以使磁能转化为其它能量形式时的效率高一些，但也不过是一种优良的“能量转换器”。即便如此，我们也必须全面的对它进行分析后才能作出取舍的结论。显然，从开采磁矿到制造成所要求的形状尺寸，并安装成所谓的“磁能发动机”（相当于生产干电池的过程）所付出的代价已大大超过了其被使用一遍（即天然磁体所贮藏的磁能全部被转换为电能）所获得的价值量。天然磁体贮藏的磁能被转换完毕后，我们必须对磁能存贮体进行充磁（相当于给畜电池充电），否则就只好掉换“磁能发动机”中已被消磁的磁能存贮体了。同已有的各种电池相比，这种新型的“磁动机电池”无疑是一个结构复杂、制作困难的没有实用价值的“玩意”，我们大可不必为它浪费精力。 二、在曹人杰同志所做实验中没有出现“奇迹” 7月29日，《电子报》第30期第2版刊登了一篇题为“我对‘磁能发动机’的问题谈点看法”的文章。该文作者曹人杰同志介绍了他在听取了天津大学的一些教授和教师对“磁能发动机”的看法和意见后所做的几个实验，发现实验中出现了一些理论上无法解释甚至与理论相违背的现象。并声称将所发现的问题与专业搞磁的同志商讨，都感到不好解释。 由于曹人杰同志没有告诉他所请教的天津大学的教师是谁，我们也就无法同这些“权威人物”进行商榷。但是，我们必须告诉大家，曹人杰同志在所做实验中看到的现象都不是什么“奇迹”，我们完全可以轻易地作出如下的理论解释： 1、小车实验：按照曹人杰同志给出的实验示意图，小车上的磁体在小车左右运动时受到的磁力情况将如下图 1 ～图 7 所示： 不难看出，小车处于固定的导轨上的磁体的正上方位置时，小车上的磁体受到的磁力情况如图 4所示，磁力在水平方向上的分力之合指向左方，并不是磁力在水平方向上的分力之合为0的平衡位置。当小车从固定磁体的左方运动到固定磁体的右方时（反向运动也一样），小车上的磁体两端所受磁力在水平方向上的分力之合是这样变化的：先指向右方，由小变大，然后再由大变小到0，如图 1 、 图2所示；随后指向变为左方，由小变大，再由大变小到0，如图 3 、图4、图 5、图6 所示；此后指向再变回右方，由小变大，然后再由大变小，如图 7 所示。图 2 与图 6 分别为磁力在水平方向上的分力之合为0的两个平衡位置，并大致对称的位于固定磁体的左右两边，但左右两边的力平衡情况不一样：左边为稳定平衡，右边为非稳定平衡。小车运动到右边的非稳定平衡位置时一般是不会停止下来的，除非小车在到达此位置时运动速度正好为零。因此，只有当小车在导轨上运动到左边的稳定平衡位置附近的运动速度不是太大时，小车才能最后稳定地停在该位置上。而小车在除此之外的其它位置停下，完全是非理想状态的隅然事件。再加之曹人杰同志没有给出小车进行左右运动的初始条件，以及所设置的实验装置也没有具体的空间相对参数，我们只能认为曹人杰同志作的这个小车实验不具有论证意义。同时，我们还可以从小车在不同位置上的不同受力情况，发现曹人杰同志对小车作的水平方向测力缺乏必要的限定条件，因此得到的数据也不具有任何论证价值。 2、斥、吸力大小比较实验：从曹人杰同志画出的示意图上可明显看出所做实验的误差很大。首先，砝码距磁铁太近，砝码与磁铁间的作用力对实验结果有影响。其次是放在支点上的磁铁本身必须进行严格平衡，如果磁铁的重心不在支点上，磁铁稍有一些倾斜就会使测得的数据出现较大的差错。因此，有必要对这个实验方式进行修改。最简便可靠的方式是取两根长条形的磁铁来做这个实验：把一根磁铁的一端用一根长线吊在一只弹簧秤钩上，注意使弹簧秤与磁铁间的距离大于磁铁长度的10倍，将弹簧秤上端挂在支架上，记下弹簧秤上指示的刻值，并以它作为相对零位。然后把另一根磁铁拿到吊着的磁铁下方，在两根磁铁处于同一条铅直线上的条件下，分别使两相对磁极间的磁力为斥力与吸力，从弹簧秤上读出在两相对磁极间距离相同时测得的斥力与吸力大小进行比较，即可得知在相同的相对空间位置情况下斥、吸力是否一样大小。一般来说，斥力与吸力并没有大小必须相等的性质。没有哪一本《静磁学》的书上写有“斥力与吸力相等”的定理或特性！这与牛顿第三定律不是一回事。必须注意的是，磁力计算公式：F=Km1m2/r2是在两个“点磁极”的理想状态下才是准确的。当磁极的大小不可忽略时，两磁极间的磁力应是各“磁单元”间的磁力之重积分。应该搞清楚，教科书上出的磁力计算题都给有这么几个附加条件：1、磁极的大小与同一磁体上两个异性磁极间的距离相比可以忽略不计，这样的磁体也冠以“磁针”的名称；2、两个磁体间的距离又要比两个磁体本身的长度要大得多（一般10倍以上），这样方可作为“点磁极”对等；3、磁体本身的磁极强度不因磁体间的相对位置发生变化而发生改变，这是人们常常忽视的假定条件。在符合这三个条件的要求下，用磁力计算公式计算得到的结果才比较接近实际情况。显然，曹人杰同志忘记了上述的条件，错误的把理想状态的情况硬搬到了实际情况中。尤其是实际磁体的磁极并不是强度不会变化的“理想磁极”，在作吸力与斥力检测实验时，磁体本身具有的磁性实际上已经在发生着变化。两个异性磁极靠近时，磁性较强者会使磁性较弱者进一步被磁化，于是吸力增加；而两个同性磁极靠近时，磁性较强者会使磁性较弱者退磁使斥力减小，甚至还会发生磁性翻转反向磁化使斥力变为吸力。一个磁体的磁性保持情况如何，与该磁体本身材料有关： 矫顽力较大者需要较大的反向磁力才能使之发生磁性翻转反向磁化；而矫顽力较小者，在外界反向磁力不是很大时就能使其的磁性明显减弱，甚至发生磁性翻转反向磁化。在外界磁力消除后它如果还恢复保持着原来的磁性方向，原方向的磁性也将有所减弱。故此在存放磁体时应保持磁路连通，以防止磁体的磁性减弱。所以，我们不能不认为：曹人杰同志把这么一个很普通的“斥力变吸力”现象当成了“发现新大陆”来对待，只能说明是曹人杰同志自己太外行、太少见多怪了！当然，曹人杰同志并不是吃“磁力学饭”的人，我们也就无须对他提出过高的要求。但是，曹人杰同志发表的“如果吸、斥力相等其合力为零，转子则不能前进。只是在吸、斥力不等的情况下，转子才能不断地前进。”确是一个不能容忍的谬论！不难想到，吸力大于斥力，拉近是容易了，但分开也就困难了！如果只看得到拉近很容易，就断言转子能够不断地前进，那就显然是在“做梦办喜事 ── 尽往好处想了！” 三、请勿在“磁能”上动“花脑筋” 由于参与“永动机”问题讨论的大学教师和机械工程师对“磁能”避而不谈，或语焉不详（《电子报》在第23期第2版上就“磁能发动机”问题致读者的原语），不但未能说服“磁动机”拥护者放弃幻想，反而是使一些人对“磁动机”更加坚定了成功的信心。7月8日，《电子报》的编辑赵石云同志在《电子报》第27期第2版上向读者推荐转载另一篇磁动机文章“脉冲电磁动能发动机 ── 一种新型发电系统”（原载《世界发明》5/1984年7卷第5期）时就大胆的发出了预言：“磁能运动机”有可能成功。而另一位“磁动机”的热心者毛青云同志在8月26日的《电子报》第34期第2版上以“磁能运动机实验目击记”为题，发表了自己对“磁动机”能否成功的见解：“关键是磁能是不是一种特殊能。如果实验证明永磁体只不过是一种一般的储能器（而且这个能量是很微小的），那么‘磁能发动机’便永远是空想！请注意，关于永磁体的储能特性，恐怕不是教科书上那几个公式可以说清楚的。”由此看来，不澄清人们对“磁能”的模糊认识，“磁动机”的热心者们是不会善罢甘休的。 磁能，乃是物质能量的一种呈现形式。它同样可以与其它存在形式的能量在遵守“能量守衡定律”的前提下进行相互转化，并不是一种可以凭空增加能量的特殊能。不言而喻，磁能与其它形式的能进行相互转达化时也有一定的转化条件。在通常的大多数情况下，天然的磁能携带者磁体是不释放出磁能的。准确地说，磁体在末受到外磁力的强烈作用时具有相对稳定的保存着所存贮的磁能的特点，其自然的磁能释放速率很小，以至于往往为人们所忽略。当磁体发生磁性突然消失，或是磁性翻转反向磁化现象时，磁能与其它形式的能量之间就进行了明显的能量转换。由于小块的天然磁体所具有的磁能一般都很小，在发生磁能转化为别的形式的能量现象时一般都不会对周围的环境产生明显的影响，从而使得许多人已经看到了磁能转化现象但却没有引起他们的注意。那么在一般情况下，磁力作功进行的是什么形式的能量之间的转换呢？必须弄清楚，这是磁场势能（也属于磁能，但与磁体具有的“磁能”不一样，这里不作详述，本文中未加注明的“磁能”均不指磁场势能。）在作功，磁场势能转换成别的形式的能量。当磁场状态发生改变时，磁场势能也同步发生改变。譬如我们将两块磁体按相反的磁性方向强行地靠拢在一起，就要克服磁力作功，所作的功就转化成磁场所获得的磁场势能；放开手后，两磁体将在磁力的作用下分开，磁力作功使磁场释放出磁场势能。需要搞清楚的是，磁场势能是磁场与磁场之间的作用所形成的能量存贮形式，并不是一种新的能量物。这与静电场的情况相似：电荷的“产生”为电能，以电场的形式进行呈现；而电荷间的排斥、吸引所形成的电场间的作用又形成了电场势能。不过“磁能”的“产生”与电能的“产生”情况不一样。磁体总是以两个不同极性的磁极成对的同时出现，而不能单独的出现一个磁极。电荷虽然在中性物体上“产生”时也是正、负电荷相等的同时“产生”，但正、负电荷却可以单独的分开存在，形成发散式的均匀场。现代技术已经制造出与磁体完全相似的具有两个异性“电荷极”的实物“驻极体”，这种将正负电荷分别固定在一个实物的两个位置上的“驻极体”就可以演示静磁场的各种“杰作”。显然，没有人会认为“驻极体”具有凭空造能的本事，但如果有人要动“花脑筋”，也同样可以别出心裁的设计出许多新颖的“电能运动机”来寻寻开心！还有一个最能说明势能作功的典型例子就是弹簧，将弹簧压缩（或拉长）时要克服弹力作功，所作的功转化为“弹性势能”存贮在弹簧上，而弹簧的弹力推开（或拉动）外物时就将存贮在弹簧上的“弹性势能”释放出来作功，转化成机械能及热能。如果有人想在弹簧上动动“花脑筋”，不是也可以发明出“弹能”来吗？而那些上一次弹簧就可以走上一个多星期的高级机械种，不就是最好的“弹能运动机”了吗？ 由于电荷（电子或质子）的能量已有数据可查，人们也就不感到神迷。磁体具有的磁能不象电荷的能量那么直观，“磁分子”实际上并不存在，人们也就不能通过对单个“磁分子”的能量的检测来确定某个磁体所具有的磁能是多少，于是就有人对“磁能”产生了神迷感。其实，检测方式只是手段而已，我们完全可以采用别的可行方式来达到同样的目的。譬如，我们可以采用相对比较的方式来测知某个天然磁体所具有的磁能有多大。一个最简便的方式就是做一个电感量为L的电感线圈，给线圈通过适当的直流电，使这个通电线圈产生的磁场效果与待测磁体产生的磁场效果相同（譬如在同样的磁极间距下，使电磁体与天然磁体相对“标准磁体”的磁力相等），测出此状态下流过线圈的电流I的数值，即可用公式：W= LI2/2计算出被测磁体所具有的磁能是多大。考虑到转换效率，待测天然磁体具有的磁能实际比用上述方式计算出来的能量数值要小一些。由此不难知道，磁体所存贮的磁能并不大。凡是想在“磁能”上动“花脑筋”的人也应该恢复清醒了！ 四、赠给赵石云同志的“定心丸” 《电子报》的编辑赵石云同志，总共在《电子报》上向读者推荐转载了四篇“轰动性”的永动机设计文章。为什么赵石云同志会对永动机的制作这么有兴趣呢？赵石云同志终于在8月26日的第34期《电子报》第2版在向读者又推荐转载一篇“轰动性”文章“利用形状记忆效应的热能发动机”（摘自《大众机械》84年1期第7期）的同时，向人们吐露了藏在自己心中的隐言：“当然，我们的怀疑也不是那么‘理直气壮’，而是有点‘心虚’。从一般道理来讲，一个用普通热力学知识便可判处其‘死刑’的发明，是不可能在科学界掀起如此‘轩然大波’的，否则这些专利局和科学家也太‘白吃饭’了！我们唯一‘敢拍胸脯’的理由是：‘我没有亲眼见过’！”对于赵石云同志所感到的“心虚”，可以说乃是人们普遍感到的困惑问题，故此有必要来澄清一下。 首先，我们应该知道，并不是所有从事研究工作的人都是在干科学研究工作。一些名声很大的科学家，也会在某个方面从事科学研究工作，而在另一个方面又搞伪科学。经典力学的创建者牛顿就在神学领域大搞过伪科学，而普通的科研人员中对科学与非科学的区别弄不清楚者，更是大有人在。所以我们不得不十分遗憾的要告诉赵石云同志：某些专利局和某些“科学家”，确实是在“白吃饭”！但希望我们自己别跟着也“白吃饭”。至于以“没有亲眼见过”作为“敢拍胸脯”的理由，则是“经验论”的低水平表现。事实上，赵石云同志向读者推荐的这个“热能发动机”除了违反“能量守衡定律”外，从其给出的结构简图上就已看出它存在着许多明显的破绽。第一个错误就是“斑克斯发动机”的转子上的辐射杆受力分析图不对，违反了牛顿第三定律。我们只要给受力分析图补上反作用力，就会发现在辐射杆上产生的转矩纯属乌有。第二个错误是转子上分别处于热水与冷水上方的U型镍钛诺丝的变形情况正好互逆相反，也将使产生的作用互相抵消。第三个错误是转子设计成了与外界隔离的封闭系统，既便不违反“能量守衡定律”也不会转动起来。凡是企图违反质心定律的机构设计都不会成功。显然，如果这个“热动机”能够转动，坐在汽车里的人只要使劲推推车厢内壁就能使汽车跑动了！ 其实，赵石云同志也并非真的是什么都弄不明白。赵石云同志在最后这篇“热动机”荐文的第三段中就对所介绍的“热动机”文章作出了完全正确的评述。由此可见，如果人们不是还有着诸如用“起哄程度”来判断一个见解是不是正确的非科学观念，这些轻而易举就可以消灭掉的“永动机”设计文章决登不上大雅之堂。对此，希望人们能够进行深思！ 程稳平1985年 ※※※※※※ 刘武青 |