Question

过去几百年来许多人一直致力于发明一种永动机，包括伟大的科学家牛顿，但都以失败告终．近几年来，科学家发现某种合金具有“形状记忆功能”：如果在较低温度时将它弯曲成某一形状，然后加热到较高温度时再弯曲成另一形状，那么当降低到原来较低温度时，它就会自行恢复到低温时的形状．现用它制成如图所示的装置：在可绕圆心O转动的均匀轻质圆盘上，安装一个用形状记忆合金做成的螺旋圈，它们在温度低时收紧、温度高时放松．实验表明：当把该圆盘的下半部分浸在盛有一定量热水的水槽中时，只要给圆盘一个起始转动的力，圆盘就能克服摩擦和水的阻力连续转动起来．这不就是一个可以不消耗能量的“永动机”吗？
（1）你认为上述装置是否可以看成一个“永动机”呢？为什么？
（2）根据上述形状记忆合金的特点，发挥你的想象力，提出一个应用形状记忆合金的设想．

Answer 1

【答案】分析：自然界中的能量是守恒，它既不会消灭，也不会创生，但由于能量的转化或转移具有方向性（如水只能从高处流向低处；热量只能从高温物体传向低温物体），所以无法制造“永动机”．
根据形状记忆可用于设计因温度的高低变化而引起的现象中，如电路中合金位置的不同会改变用电器的断开或闭合．
解答：解：（1）由于能量的转化或转移具有方向性，如果不给它提供热水，消耗热能（或者如果热水变成了冷水），它也就不转了，因此永动机违背了能量守恒定律．
（2）可类比上述应用，用形状记忆合金制作一个“警示铃”，安装在电器内易发热的元件附近，但温度过高时记忆合金就恢复高温时的形状，断开电路；温度降低时，恢复低温时的形状，接通电路．或用记忆合金制做一个“窗帘开关”．白天温度升高时，记忆合金就恢复高温时的形状，拉开窗帘；夜晚温度降低时恢复低温时的形状，关闭窗帘．（本题属开放题，只要符合题意均可）．
故答案为：（1）不可以，热水不可能一直维持一定的温度，如果要维持一定的温度，就必须消耗其他形式的能，因此，记忆合金盘的转动仍是由其他形式的能转化而来．
（2）用形状记忆合金制作一个“警示铃”，安装在电器内易发热的元件附近，但温度过高时记忆合金就恢复高温时的形状，断开电路；温度降低时，恢复低温时的形状，接通电路．或用记忆合金制做一个“窗帘开关”．白天温度升高时，记忆合金就恢复高温时的形状，拉开窗帘；夜晚温度降低时恢复低温时的形状，关闭窗帘．
点评：本题的解题关键是知道能量在转化过程中具有方向性，同时转化过程中会有能量的损失，如果不补充能量，将不能永远循环．