永久機関
永久機関（えいきゅうきかん、Perpetual motion）とは外部からエネルギーを受け取ることなく、働きつづける装置である。これが実現すれば石炭も石油も不要となり、エネルギー問題など発生しない。18世紀の科学者達はこれを実現すべく精力的に研究を行った。しかし18世紀の終わりには純粋力学的な方法ではこれを実現不可能だということが明らかになり、さらに19世紀には熱を使った方法でも不可能であることが明らかになった。永久機関は実現できなかったが、これにより熱力学と呼ばれる物理学の1分野が大いに発展した。
第一種永久機関
第一種永久機関とは、外部から何も受け取ることなく、仕事を行うことのできる機関である。科学者たちの精力的な研究にも関わらず、このような機関を作りだすことは出来なかった。機関が仕事をするためには「外部から熱を受け取る」、「外部から仕事をなされる」のどちらかが必要で、それを望む形の仕事に変換するしかないのである。これを定式化したのが熱力学第一法則（エネルギー保存の法則）である。
第二種永久機関
熱力学第一法則を破らずに実現しようとしたのが第二種永久機関である。例えば空気や海水の持っている熱を取り出して仕事をする機関があれば、第一種永久機関と同じくらい便利な機関になるだろう。しかし、これも実現不可能であることが明らかになった。第二種永久機関が不可能である理由は以下のように説明できる。 • 高温の空気から低温の空気に熱を移すことで仕事をする機関は存在する（例えばカルノーサイクル）。 • 空気の持つ熱で仕事をする第二種永久機関を動作させれば、仕事をすると同時に、均一な温度の空気から高温の空気と低温の空気を作ることができる。 • ということは、第二種永久機関で作った高温の空気と低温の空気を用いることでカルノーサイクルを動作させ、さらに仕事をさせることができる。 • この第二種永久機関とカルノーサイクルの組み合わせは、まさに第一種永久機関である。なぜなら、第二種永久機関で受け取った熱をカルノーサイクルで返してあげることで、結局は外部から何も受け取ることなく仕事を行うことのできたからである。 • したがって、第二種永久機関は実現不可能である。
これによって、「熱は温度の高い方から低い方に流れる」という熱力学第二法則（エントロピー増大の原理）が確立した。
永久機関を作る試み
熱力学の法則の確立に至るまでさまざまな永久機関が提案されてきた。以下のこの一部を紹介する（現在でも永久機関と称するものが「発明」されつづけているが、これらはむしろ疑似科学として紹介されるべきであろう。）。• アルキメデスの無限螺旋
- アルキメデスが発明したとされる螺旋状の揚水装置を利用した永久機関。まずこの螺旋の回転によって上方に運び上げた水を落とし、水車を回転させ、それを動力として螺旋を回すというアイデアである。
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