Question

過去幾百年來許多人一直致力于發(fā)明一種永動(dòng)機(jī)，包括偉大的科學(xué)家牛頓，但都以失敗告終．近幾年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某種合金具有“形狀記憶功能”：如果在較低溫度時(shí)將它彎曲成某一形狀，然后加熱到較高溫度時(shí)再彎曲成另一形狀，那么當(dāng)降低到原來較低溫度時(shí)，它就會(huì)自行恢復(fù)到低溫時(shí)的形狀．現(xiàn)用它制成如圖所示的裝置：在可繞圓心O轉(zhuǎn)動(dòng)的均勻輕質(zhì)圓盤上，安裝一個(gè)用形狀記憶合金做成的螺旋圈，它們?cè)跍囟鹊蜁r(shí)收緊、溫度高時(shí)放松．實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)把該圓盤的下半部分浸在盛有一定量熱水的水槽中時(shí)，只要給圓盤一個(gè)起始轉(zhuǎn)動(dòng)的力，圓盤就能克服摩擦和水的阻力連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來．這不就是一個(gè)可以不消耗能量的“永動(dòng)機(jī)”嗎？
（1）你認(rèn)為上述裝置是否可以看成一個(gè)“永動(dòng)機(jī)”呢？為什么？
（2）根據(jù)上述形狀記憶合金的特點(diǎn)，發(fā)揮你的想象力，提出一個(gè)應(yīng)用形狀記憶合金的設(shè)想．

Answer 1

解：（1）由于能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移具有方向性，如果不給它提供熱水，消耗熱能（或者如果熱水變成了冷水），它也就不轉(zhuǎn)了，因此永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律．
（2）可類比上述應(yīng)用，用形狀記憶合金制作一個(gè)“警示鈴”，安裝在電器內(nèi)易發(fā)熱的元件附近，但溫度過高時(shí)記憶合金就恢復(fù)高溫時(shí)的形狀，斷開電路；溫度降低時(shí)，恢復(fù)低溫時(shí)的形狀，接通電路．或用記憶合金制做一個(gè)“窗簾開關(guān)”．白天溫度升高時(shí)，記憶合金就恢復(fù)高溫時(shí)的形狀，拉開窗簾；夜晚溫度降低時(shí)恢復(fù)低溫時(shí)的形狀，關(guān)閉窗簾．（本題屬開放題，只要符合題意均可）．
故答案為：（1）不可以，熱水不可能一直維持一定的溫度，如果要維持一定的溫度，就必須消耗其他形式的能，因此，記憶合金盤的轉(zhuǎn)動(dòng)仍是由其他形式的能轉(zhuǎn)化而來．
（2）用形狀記憶合金制作一個(gè)“警示鈴”，安裝在電器內(nèi)易發(fā)熱的元件附近，但溫度過高時(shí)記憶合金就恢復(fù)高溫時(shí)的形狀，斷開電路；溫度降低時(shí)，恢復(fù)低溫時(shí)的形狀，接通電路．或用記憶合金制做一個(gè)“窗簾開關(guān)”．白天溫度升高時(shí)，記憶合金就恢復(fù)高溫時(shí)的形狀，拉開窗簾；夜晚溫度降低時(shí)恢復(fù)低溫時(shí)的形狀，關(guān)閉窗簾．
分析：自然界中的能量是守恒，它既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，但由于能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移具有方向性（如水只能從高處流向低處；熱量只能從高溫物體傳向低溫物體），所以無法制造“永動(dòng)機(jī)”．
根據(jù)形狀記憶可用于設(shè)計(jì)因溫度的高低變化而引起的現(xiàn)象中，如電路中合金位置的不同會(huì)改變用電器的斷開或閉合．
點(diǎn)評(píng)：本題的解題關(guān)鍵是知道能量在轉(zhuǎn)化過程中具有方向性，同時(shí)轉(zhuǎn)化過程中會(huì)有能量的損失，如果不補(bǔ)充能量，將不能永遠(yuǎn)循環(huán)．