利用热胀冷缩的原理制造不用上发条的钟表

前面我们提到过一种钟表，不需要人给它动力，它就能自己走下去。那个钟表是利用了大气压力的改变，给它提供动能。在本节，我们再来看另外一种钟表，它也不需要上发条，就可以走动。它是利用热胀冷缩的原理制造的。

如图所示，这就是钟表的结构图。它主要由两根长杆Z₁和Z₂构成，长杆都是由特殊合金材料制成的，这种材料的膨胀系数比较大。Z₁杆连在齿轮X上，Z₂杆连在齿轮Y上。当它们受热或受冷的时候，就会伸长或缩短，Z₁杆就会带动齿轮X转动，Z₂杆则会带动齿轮Y转动。齿轮X和齿轮Y装在同一根转动轴上。当齿轮X和齿轮Y转动的时候，会带动外面的大轮子转动。在大轮子上装着一些勺子，随着轮子的转动，勺子就会从下面的水银槽里舀水银上来，装着水银的勺子就会跟着轮子转动，这样水银就会顺着槽R₂流到左边的轮子上，从而带动左边的轮子转动，通过链条带动时钟的弹簧运动。

图 不用上发条的时钟。

水银从左边轮子上流下来后，会流到槽R₁里，顺着槽R₁流回到右边的大轮子下面。然后再被勺子带到上面的槽R₂里去。

也就是说，只要Z₁和Z₂两根长杆的长度会变化，就会带动齿轮转动，这个钟表就不会停下来。所以，只要这只钟表所处的环境温度一直在变化，这只钟表就会一直走下去。实际上，确实如此，我们根本不用担心它会不会走。把钟表放到任何一个温度变化的环境里，长杆Z₁和Z₂都会伸长或缩短，钟表根本不用上发条就可以走动。

那么，这种钟表是不是可以称为“永动机”呢？当然不是。虽然这只钟表会一直走下去，直到里面的某个构件损坏为止。但是，它并不是没有动力，它的动力是周围空气的热量，这是周围空气温度变化，通过热胀冷缩做功，使得这只钟表转动的。所以，我们可以说，通过“免费”的动力做功，这只钟表可以不停地走下去。但是，这里“免费”的动力并不是无中生有，而是来自太阳的能量。是不是很划算？

还有一种钟表，如图和图所示，也可以自己转动，不需要人为提供动力。这只钟表主要是利用甘油会随着温度升高而膨胀的原理制成的。利用甘油的这一特性，把重锤带起来，当重锤落下去的时候，就会带动钟表。甘油的凝固温度大概是零下30℃，在290℃才会沸腾。所以这种时钟经常用在广场或开阔的地方，只要周围的温度变化达到2℃，这只钟表就会走动。曾经有人做过一个实验，在没有人碰的情况下，这只钟表走了一年，时间一直都比较精确。

图 利用甘油制动的不用上发条的时钟。

图 底座装有甘油管的不用上发条的时钟。

说到这里，有人肯定会想，我们是不是可以根据这个原理，制造一个非常大的动力机械呢？因为这种动力是“免费”的，太划算了。其实不然，有人计算过，要想让这样一只钟表的发条上紧，走一个白天加一个晚上，需要的功率大概是：

焦，大约需要

焦/秒。

我们知道，1马力等于735瓦，也就是说，这只钟表的功率大约等于一马力的四千五百万分之一。所以，如果我们把前面那只钟表的两根长杆或者第二只钟表的构件算1分钱的话，那么如果让这种发动机发出735瓦的功率，需要1分×45000000＝450000元。什么意思呢？就是说，1马力的这种发动机需要花费将近50万元，这对于“免费”的动力来说，是不是太贵了？