試管與半透膜的永動機

A. 高中生物實驗 半透膜 與永動機的關系

我覺得你對為何會產生滲透這個問題還一知半解。
先來看漏斗下方的半透膜：它的版一側是清水權，另一側是糖水，清水中單位體積里的水分子數量要多於糖水中單位體積里的水分子數量，這個差別正是滲透的動力。因為水分子可以自由穿越半透膜，就單個水分子而言，它從清水進入糖水的平均速度等於從糖水進入清水的平均速度，但對眾多的水分子而言，由於清水中水分子更密集，所以總的來說，清水進入糖水中的水分子更多，此即滲透。
再來看漏鬥上方加另一個半透膜的情況：只要出水口不是太高（太高的話，重力迫使糖水中的水分子更快地進入清水這種對抗滲透的趨勢將占上風從而阻止滲透），清水似乎一定會從上面的半透膜上溢出去，但其實它根本就不能從上面溢出並流下去！假設有清水鋪滿上面的那個半透膜的表面，那樣就變成那裡的清水反而要向下面的糖水中滲透了！所以，最多隻能有薄薄的一層「低密度」的水覆在半透膜上，不可能再有更多的水滲出去使那層水的密度升高達到普通水的程度！達到普通水的密度，清水就會倒流回糖水中了。

B. 用半透膜可製造永動機嗎

這個問題好像可以製造永動機，半透膜可以讓濃度低的液體滲透到濃度高的液體，直到兩邊的液體濃度一樣高，但你哪來那麼多的濃度不一樣的液體，而當把濃度高的液體滲透到濃度低的液體需要能量的。所以是不可以的

C. 第四類永動機的理論研究

現在只有一小部分人接觸過該理論，其中懂熵的又是少數，而大多數又已經完全接受熵增理論，對該理論保持質疑的態度。只有極少數支持者認為該類永動機不在人類經驗范圍之類，即承認了過去熵理論，又展望了未來熵理論，是個不錯的提議，給人類未來帶來了無限希望。
但由於第四類永動機理論所給出的熵拓展和其他支持理論給出的宇宙輸入熵的相關支持論調，都未得到實踐的證明和科學界的嚴格論證，第四類永動機不等於科學，充其量只能說是假說和科幻。
具有理論支持的未與先前理論正面沖突的第四永動機理論，首次在網路詞條零勢無限場理論中被公開提起。大眾可以對此理論保持同情和支持，也可以當做最新的科幻藝術來欣賞，但要理智和客觀看待，不能與現實的科學應用相混淆。要以科學界給出的合理意見為准則做參考。 眾所周知，二極體具有單向性，但是對其原理不好理解。不少人士希望通過利用二極體的單向性和電子微觀熱漲落來製造第四類永動機（麥克斯韋永動機），徐業林老前輩的「無偏二極體」是最典型的代表 ，因為他的實驗測出了微電流，給人們留下了無限的想像。究竟二極體的單向性能否製成永動機，下面給出了一個二極體原理宏觀建模來做類比探討。
如圖：

如果泵1抽水，水箱2中水位升高，會形成反制泵1的水壓，如果泵1的壓力不夠，水箱2水位上升到一定程度就會停止，好比二極體反向不導通；
如果上述情況泵1的壓力足夠，水會以溢出的形式流通而不能按管路規矩地循環，相當於二極體被擊穿失效，當然與二級管不同，在宏觀這是可逆的；
如果泵2往上抽水，泵2抽的水位高，暫時需要維持的壓力比泵1大，但是一旦水進入水箱1，水就會順勢流入水箱2，然後根據連通器原理流入水池3，阻力極小，形成有效循環，相當於二極體正向通路。
以上說明該單向水箱結構跟二極體具有相似的性質，下面對比徐業林老前輩用電子微觀熱漲落解釋來解釋無偏二級管（不一定正確），類比討論該結構是否在不加泵的作用下通過水分子熱漲落和其單向性形成永動循環機制。
考察水箱1上懸掛著的出水口，如果水分子能夠通過熱漲落從水池3經出水口躍入水箱1，水池1里的水分子也能躍入管內。顯然，往下躍能100%躍入水箱1而往上躍入水箱的水因不一定能准確找到入口而回落的可能性很大，所以在這邊是單向的。
再考查水箱2上的入水口，由於連通器原理，分子的出入是雙向平衡的。
暫且只考慮以上分析，收集熱漲落的單向循環是可行的，但這種效應很小，需要很多集成的並聯才能顯現出來。
但是這只是必要條件，考慮另一個限制——微觀對熱漲落具有一定存儲性。比如
水箱1上懸掛著的出水口處的水分子需要結成水滴才能滴入水箱1，而水滴能夠容納很多水分之，這樣會提高對熱漲落的要求。不過電子的情況可能有所不同，因為據說徐業林證明了在零下一百多度下無偏二極體仍然存在電流。如果PN結在微觀仍然存在單向性，無偏二極體違背熱力學規律是未嘗不可的。
以上分析過程不能說明無偏二極體是永動機制（無偏二極體電流也可能是擴散或吸收輻射等其他原因），其意義僅在於說明無偏二級管是成功的第四類永動機這個結論仍然未被證偽。希望第四類永動機作為一面旗幟，引導某些樂觀派的有學之士繼續對宇宙的更深層自製進行探索。下圖為二極體原理對照圖：


三個圖片是改變物質的微觀概率取向的實驗設計。設計表明未能做成實驗。實驗設計對溫度沒有具體要求。在轉化過程中，系統的溫度低於環境的溫度，不存在熱損耗。它與機械損耗的本質——熱損耗形成鮮明的對比。
實驗設計1：圖1麥克斯韋妖改成鱔籠的錐形結構。錐形結構發生形變而具有彈性勢能，能自動復原而關門。分子所處A·B兩個空間與分子撞擊錐形結構的時間和位置有差異。使A空間的分子能撞開錐形結構，它的分子能進入到B空間；B空間的分子不能撞開錐形結構，它的分子不能進入到A空間。A·B兩個空間的分子形成濃度差，分子能擴散做功。把熱能轉化為其它形式的能。整個系統中，A空間的分子不斷地開門進入B空間和分子的不斷地擴散、做功。兩者都能使整個系統降溫·吸熱。整個系統熱能能通過熱傳遞得到補充。這樣的帶有錐形結構的「門」是理論上的，它在現實中卻是很難實現。
實驗設計2：圖2中，水的密度e水小於溶液的密度el，溶液的濃度相同有：兩個半透膜內水的滲透壓大小相等，兩個半透膜之內的壓強不再只是液壓，還有水的滲透壓。兩個半透膜的內外壓強不同。在兩個半透膜的之外，溶質的滲透壓會在半透膜的作用下消失。兩個半透膜具有對稱性，它們產生的滲透壓強的和為0。根據連通器原理有 ：e水g(h1+h2+h3)=e水gh2+elgh3+0。能形成高度差h1。利用高度差製成永動機並保持水的勻速流速為v 單位是m/s，水的橫切面積是S/㎡。溶液因濃度差產生的壓強與溶液的部分重力壓強（el-e水）gh3的和為零。功率等於壓強，面積，和速度的乘積，和能量轉化。可以推出：熱能轉化為重力勢能的效率為（el-e水）g*h3*v*S。它的效率也可以為e水g*h1*v*S。水的流進、流出，重力勢能轉化為其它形式的能，濃度差的增加，彌補了物質擴散、做功引起的濃度差的減小。物質擴散、做功、降，吸收環境的溫度，彌補熱能轉化損失的熱能。
實驗設計3：用化學方法的原電池原理來分析 。圖3：在硅晶體上進行蒸鋁，再進行一次或多次電渡形成圖3的結構。不同金屬和P型半導體三者兩兩相連，形成原電池結構。在金屬性不同的作用下，金屬性強的帶正電，金屬性弱的帶負電。帶正電的金屬容易從P型半導體中得到電子，使P型半導體發生還原反應，金屬被氧化；P型半導體容易從帶負電的金屬中得到電子發生氧化反應，金屬被還原。圖3中，在不同金屬形成的偏轉電壓的作用下：金屬性較強的金屬帶正電容易從P型半導體中得到電子，P型半導體空穴增多，空穴產生擴散；P型半導體容易從金屬性弱的帶負電的金屬中得到電子，P型半導體空穴減少，空穴產生擴散。空穴擴散導電相當於原電池中的離子導電。在電壓和空穴擴散的作用下，金屬與P型半導體的結點處，發生了化學反應。化學反應中，吸收的熱量比放出的熱量多，最後使整個系統的溫度降低，擁有了從環境中吸收熱能的能力。自由電子擴散導電與空穴擴散導電是靠化學反應進行連接的。化學反應產生了吸熱和放熱現象，使整個系統的溫度降低的。最終形成了物質循環。在多個化學反應中，總反應的物質沒有發生改變，產生了物質循環和能量變化，換句話說化學能沒有發生改變。所以我們可以說，圖3是把熱能轉化為電能，而不是化學能轉化為電能。物理方法分析。在熱電效應的作用下，即不同金屬的自由電子的擴散能形成電壓。在金屬中，自由電子的速度和密度大的擴散後帶正電，反之帶負電。帶正電的金屬容易從P型半導體中得到電子，P型半導體的復合電子容易發生漂移現象；帶負電的金屬的自由電子與P型半導體的空穴容易產生復合現象。不同金屬性的金屬都能與P型半導體都發生漂移和復合現象。在漂移和復合中，我們所說的容易發生漂移和復合是指哪一個佔主導作用。P型半導體中幾乎沒有自由電子。空穴導電和離子導電是不同於自由電子導電的導電方式。空穴導電和離子導電也是不同的。P型半導體能阻止自由電子擴散。在二極體的PN結中，P型半導體和N型半導體都有金剛石結構，它們相連產生了正向導通電壓和反向擊穿電壓。導通電壓一直存在。從伏安特性曲線，可以看出導通電壓與PN結的寬窄有關。金剛石的鍵角是109度28分，二極體的由窄到寬，從電場力的分布和空穴在運動方向與電場力的夾角中分析，得出結論是導通電壓與PN結的寬窄有關。圖3中，因為不同金屬能形成電壓，並且金屬與P型半導體形成的PN結，沒有N型半導體的金剛石結構。所以金屬性弱的金屬與P型半導體能產生漂移，最終能形成比二極體窄很多很多的PN結，它需要的導通電壓也就可以忽略不計，能直接降低P型半導體的空穴濃度（或者說，阻擋層很窄，窄到PN結近乎消失，自由電子和空穴能非常容易地發生復合，空穴濃度降低）；金屬性強的金屬與P型半導體形成的PN結，沒有反向擊穿電壓，在電壓的作用下，能直接發生漂移，空穴濃度增高。所以在圖3中，在熱電效應的作用下，形成的電壓就很容易改變空穴的濃度而發生空穴導電。圖3在熱電效應的作用下，空穴擴散導電和自由電子擴散導電依靠金屬形成的正電荷產生漂移和金屬形成的負電荷產生復合的連接，實現熱能向重力勢能的轉化和電子的循環。
版權申明：以上資料為第四類永動機及時空同性假說作者提供給大家探討交流，一定程度上受李世豪同學「分子動能轉化機設計」的啟示。

D. 我有一個構想——永動機。用半透膜的滲透壓，各位判斷一下為什麼不能實現

你的裝置在完全理想情況下水會豎直向上噴出再落下來，因此不可能像你畫的那樣從一個方向噴出落入水槽中。肯定會有水粘到容器壁之上，於是水槽中水變少...
當然你可以用曲頸瓶之類的克服這個困難。事實上從理論上也不是完全不可能實現「永動」的（當然得忽略各種粘滯力之類的），但是這是由於始終有大氣壓和重力在做功的緣故。就像只要有風風車就會轉，有水水車就能轉，只要太陽還在照耀，地球上的水循環就永遠不會停止一樣。
最後，我要說，最現實的方法是你自己做一下這個裝置，看上去材料也不是很難找的樣子，你做一下就會知道，到底哪些會導致這個裝置「永動」不起來。除了上面說的那種原因以及各種阻力，還有比如蔗糖溶液雖然和水有密度差，但是密度應該差不了多少，於是就可能不夠維持足夠的高度差（水流流出速度不夠的話，就算你是用向下的曲頸瓶還是會有水附著在容器口和容器外壁上的，當然如果考慮粘滯力的話，也許不管多大速度都會有水附著，這個我不敢肯定，但是如果有水附著，之後肯定就是惡性循環）；而如果高度差過大了，水流和蔗糖分子不停沖擊半透膜，最後半透膜可能就壞了；還有你始終假設了蔗糖溶液的密度，但是如果水始終在流動的話，那麼蔗糖分子肯定在容器上部會聚集起來，內部上下會有濃度差，於是下面的溶液濃度變小，密度變大，內部壓力增大；等等等等。