试管与半透膜的永动机

A. 高中生物实验 半透膜 与永动机的关系

我觉得你对为何会产生渗透这个问题还一知半解。
先来看漏斗下方的半透膜：它的版一侧是清水权，另一侧是糖水，清水中单位体积里的水分子数量要多于糖水中单位体积里的水分子数量，这个差别正是渗透的动力。因为水分子可以自由穿越半透膜，就单个水分子而言，它从清水进入糖水的平均速度等于从糖水进入清水的平均速度，但对众多的水分子而言，由于清水中水分子更密集，所以总的来说，清水进入糖水中的水分子更多，此即渗透。
再来看漏斗上方加另一个半透膜的情况：只要出水口不是太高（太高的话，重力迫使糖水中的水分子更快地进入清水这种对抗渗透的趋势将占上风从而阻止渗透），清水似乎一定会从上面的半透膜上溢出去，但其实它根本就不能从上面溢出并流下去！假设有清水铺满上面的那个半透膜的表面，那样就变成那里的清水反而要向下面的糖水中渗透了！所以，最多只能有薄薄的一层“低密度”的水覆在半透膜上，不可能再有更多的水渗出去使那层水的密度升高达到普通水的程度！达到普通水的密度，清水就会倒流回糖水中了。

B. 用半透膜可制造永动机吗

这个问题好像可以制造永动机，半透膜可以让浓度低的液体渗透到浓度高的液体，直到两边的液体浓度一样高，但你哪来那么多的浓度不一样的液体，而当把浓度高的液体渗透到浓度低的液体需要能量的。所以是不可以的

C. 第四类永动机的理论研究

现在只有一小部分人接触过该理论，其中懂熵的又是少数，而大多数又已经完全接受熵增理论，对该理论保持质疑的态度。只有极少数支持者认为该类永动机不在人类经验范围之类，即承认了过去熵理论，又展望了未来熵理论，是个不错的提议，给人类未来带来了无限希望。
但由于第四类永动机理论所给出的熵拓展和其他支持理论给出的宇宙输入熵的相关支持论调，都未得到实践的证明和科学界的严格论证，第四类永动机不等于科学，充其量只能说是假说和科幻。
具有理论支持的未与先前理论正面冲突的第四永动机理论，首次在网络词条零势无限场理论中被公开提起。大众可以对此理论保持同情和支持，也可以当做最新的科幻艺术来欣赏，但要理智和客观看待，不能与现实的科学应用相混淆。要以科学界给出的合理意见为准则做参考。 众所周知，二极管具有单向性，但是对其原理不好理解。不少人士希望通过利用二极管的单向性和电子微观热涨落来制造第四类永动机（麦克斯韦永动机），徐业林老前辈的“无偏二极管”是最典型的代表 ，因为他的实验测出了微电流，给人们留下了无限的想象。究竟二极管的单向性能否制成永动机，下面给出了一个二极管原理宏观建模来做类比探讨。
如图：

如果泵1抽水，水箱2中水位升高，会形成反制泵1的水压，如果泵1的压力不够，水箱2水位上升到一定程度就会停止，好比二极管反向不导通；
如果上述情况泵1的压力足够，水会以溢出的形式流通而不能按管路规矩地循环，相当于二极管被击穿失效，当然与二级管不同，在宏观这是可逆的；
如果泵2往上抽水，泵2抽的水位高，暂时需要维持的压力比泵1大，但是一旦水进入水箱1，水就会顺势流入水箱2，然后根据连通器原理流入水池3，阻力极小，形成有效循环，相当于二极管正向通路。
以上说明该单向水箱结构跟二极管具有相似的性质，下面对比徐业林老前辈用电子微观热涨落解释来解释无偏二级管（不一定正确），类比讨论该结构是否在不加泵的作用下通过水分子热涨落和其单向性形成永动循环机制。
考察水箱1上悬挂着的出水口，如果水分子能够通过热涨落从水池3经出水口跃入水箱1，水池1里的水分子也能跃入管内。显然，往下跃能100%跃入水箱1而往上跃入水箱的水因不一定能准确找到入口而回落的可能性很大，所以在这边是单向的。
再考查水箱2上的入水口，由于连通器原理，分子的出入是双向平衡的。
暂且只考虑以上分析，收集热涨落的单向循环是可行的，但这种效应很小，需要很多集成的并联才能显现出来。
但是这只是必要条件，考虑另一个限制——微观对热涨落具有一定存储性。比如
水箱1上悬挂着的出水口处的水分子需要结成水滴才能滴入水箱1，而水滴能够容纳很多水分之，这样会提高对热涨落的要求。不过电子的情况可能有所不同，因为据说徐业林证明了在零下一百多度下无偏二极管仍然存在电流。如果PN结在微观仍然存在单向性，无偏二极管违背热力学规律是未尝不可的。
以上分析过程不能说明无偏二极管是永动机制（无偏二极管电流也可能是扩散或吸收辐射等其他原因），其意义仅在于说明无偏二级管是成功的第四类永动机这个结论仍然未被证伪。希望第四类永动机作为一面旗帜，引导某些乐观派的有学之士继续对宇宙的更深层自制进行探索。下图为二极管原理对照图：


三个图片是改变物质的微观概率取向的实验设计。设计表明未能做成实验。实验设计对温度没有具体要求。在转化过程中，系统的温度低于环境的温度，不存在热损耗。它与机械损耗的本质——热损耗形成鲜明的对比。
实验设计1：图1麦克斯韦妖改成鳝笼的锥形结构。锥形结构发生形变而具有弹性势能，能自动复原而关门。分子所处A·B两个空间与分子撞击锥形结构的时间和位置有差异。使A空间的分子能撞开锥形结构，它的分子能进入到B空间；B空间的分子不能撞开锥形结构，它的分子不能进入到A空间。A·B两个空间的分子形成浓度差，分子能扩散做功。把热能转化为其它形式的能。整个系统中，A空间的分子不断地开门进入B空间和分子的不断地扩散、做功。两者都能使整个系统降温·吸热。整个系统热能能通过热传递得到补充。这样的带有锥形结构的“门”是理论上的，它在现实中却是很难实现。
实验设计2：图2中，水的密度e水小于溶液的密度el，溶液的浓度相同有：两个半透膜内水的渗透压大小相等，两个半透膜之内的压强不再只是液压，还有水的渗透压。两个半透膜的内外压强不同。在两个半透膜的之外，溶质的渗透压会在半透膜的作用下消失。两个半透膜具有对称性，它们产生的渗透压强的和为0。根据连通器原理有 ：e水g(h1+h2+h3)=e水gh2+elgh3+0。能形成高度差h1。利用高度差制成永动机并保持水的匀速流速为v 单位是m/s，水的横切面积是S/㎡。溶液因浓度差产生的压强与溶液的部分重力压强（el-e水）gh3的和为零。功率等于压强，面积，和速度的乘积，和能量转化。可以推出：热能转化为重力势能的效率为（el-e水）g*h3*v*S。它的效率也可以为e水g*h1*v*S。水的流进、流出，重力势能转化为其它形式的能，浓度差的增加，弥补了物质扩散、做功引起的浓度差的减小。物质扩散、做功、降，吸收环境的温度，弥补热能转化损失的热能。
实验设计3：用化学方法的原电池原理来分析 。图3：在硅晶体上进行蒸铝，再进行一次或多次电渡形成图3的结构。不同金属和P型半导体三者两两相连，形成原电池结构。在金属性不同的作用下，金属性强的带正电，金属性弱的带负电。带正电的金属容易从P型半导体中得到电子，使P型半导体发生还原反应，金属被氧化；P型半导体容易从带负电的金属中得到电子发生氧化反应，金属被还原。图3中，在不同金属形成的偏转电压的作用下：金属性较强的金属带正电容易从P型半导体中得到电子，P型半导体空穴增多，空穴产生扩散；P型半导体容易从金属性弱的带负电的金属中得到电子，P型半导体空穴减少，空穴产生扩散。空穴扩散导电相当于原电池中的离子导电。在电压和空穴扩散的作用下，金属与P型半导体的结点处，发生了化学反应。化学反应中，吸收的热量比放出的热量多，最后使整个系统的温度降低，拥有了从环境中吸收热能的能力。自由电子扩散导电与空穴扩散导电是靠化学反应进行连接的。化学反应产生了吸热和放热现象，使整个系统的温度降低的。最终形成了物质循环。在多个化学反应中，总反应的物质没有发生改变，产生了物质循环和能量变化，换句话说化学能没有发生改变。所以我们可以说，图3是把热能转化为电能，而不是化学能转化为电能。物理方法分析。在热电效应的作用下，即不同金属的自由电子的扩散能形成电压。在金属中，自由电子的速度和密度大的扩散后带正电，反之带负电。带正电的金属容易从P型半导体中得到电子，P型半导体的复合电子容易发生漂移现象；带负电的金属的自由电子与P型半导体的空穴容易产生复合现象。不同金属性的金属都能与P型半导体都发生漂移和复合现象。在漂移和复合中，我们所说的容易发生漂移和复合是指哪一个占主导作用。P型半导体中几乎没有自由电子。空穴导电和离子导电是不同于自由电子导电的导电方式。空穴导电和离子导电也是不同的。P型半导体能阻止自由电子扩散。在二极管的PN结中，P型半导体和N型半导体都有金刚石结构，它们相连产生了正向导通电压和反向击穿电压。导通电压一直存在。从伏安特性曲线，可以看出导通电压与PN结的宽窄有关。金刚石的键角是109度28分，二极管的由窄到宽，从电场力的分布和空穴在运动方向与电场力的夹角中分析，得出结论是导通电压与PN结的宽窄有关。图3中，因为不同金属能形成电压，并且金属与P型半导体形成的PN结，没有N型半导体的金刚石结构。所以金属性弱的金属与P型半导体能产生漂移，最终能形成比二极管窄很多很多的PN结，它需要的导通电压也就可以忽略不计，能直接降低P型半导体的空穴浓度（或者说，阻挡层很窄，窄到PN结近乎消失，自由电子和空穴能非常容易地发生复合，空穴浓度降低）；金属性强的金属与P型半导体形成的PN结，没有反向击穿电压，在电压的作用下，能直接发生漂移，空穴浓度增高。所以在图3中，在热电效应的作用下，形成的电压就很容易改变空穴的浓度而发生空穴导电。图3在热电效应的作用下，空穴扩散导电和自由电子扩散导电依靠金属形成的正电荷产生漂移和金属形成的负电荷产生复合的连接，实现热能向重力势能的转化和电子的循环。
版权申明：以上资料为第四类永动机及时空同性假说作者提供给大家探讨交流，一定程度上受李世豪同学“分子动能转化机设计”的启示。

D. 我有一个构想——永动机。用半透膜的渗透压，各位判断一下为什么不能实现

你的装置在完全理想情况下水会竖直向上喷出再落下来，因此不可能像你画的那样从一个方向喷出落入水槽中。肯定会有水粘到容器壁之上，于是水槽中水变少...
当然你可以用曲颈瓶之类的克服这个困难。事实上从理论上也不是完全不可能实现“永动”的（当然得忽略各种粘滞力之类的），但是这是由于始终有大气压和重力在做功的缘故。就像只要有风风车就会转，有水水车就能转，只要太阳还在照耀，地球上的水循环就永远不会停止一样。
最后，我要说，最现实的方法是你自己做一下这个装置，看上去材料也不是很难找的样子，你做一下就会知道，到底哪些会导致这个装置“永动”不起来。除了上面说的那种原因以及各种阻力，还有比如蔗糖溶液虽然和水有密度差，但是密度应该差不了多少，于是就可能不够维持足够的高度差（水流流出速度不够的话，就算你是用向下的曲颈瓶还是会有水附着在容器口和容器外壁上的，当然如果考虑粘滞力的话，也许不管多大速度都会有水附着，这个我不敢肯定，但是如果有水附着，之后肯定就是恶性循环）；而如果高度差过大了，水流和蔗糖分子不停冲击半透膜，最后半透膜可能就坏了；还有你始终假设了蔗糖溶液的密度，但是如果水始终在流动的话，那么蔗糖分子肯定在容器上部会聚集起来，内部上下会有浓度差，于是下面的溶液浓度变小，密度变大，内部压力增大；等等等等。