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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、仕事を行い続ける装置である。
古くは単純に外部からエネルギーを供給しなくても永久に運動を続ける装置と考えられていた。しかし、慣性の法則によれば外力が働かない限り物体は等速直線運動を続けるし、惑星は角運動量保存の法則により自転を続ける。そのため、単純に運動を続けるのではなく、外に対して仕事を行い続ける装置が永久機関と呼ばれる。
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、技術者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。
目次
1 第一種永久機関
2 第二種永久機関
3 永久機関のように見える装置・現象
4 永久機関と疑似科学
4.1 永久機関を作る試み
4.2 疑似科学的永久機関
4.3 熱力学の法則を回避した「永久機関もどき」
5 SF作品に登場する永久機関
6 外部リンク
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第一種永久機関第一種永久機関の例。時計回りに機関を回転させると、上部でおもりを乗せた棒が倒れるため、支点からの距離が長くなり、機関の右側がさらに重くなって回転が続く、というもの。しかし実際には、機関の左のほうがおもりの数が多くなってしまい、機関は左右がつりあってしまうため、回転は停止する。ヴィラール・ド・オヌクールの永久機関 錘を利用した永久機関。北フランス、1230年ごろの作図浮力を利用した永久機関 黄色い浮きの浮力（アルキメデスの原理）によってベルトが反時計回りに回ると考えた毛細管現象による永久機関 毛細管現象によって細管を上った水が落下することにより反時計回りの水流が起こると考えられた。ロバート・ボイルの名前を冠してBoyle's Self Flowing Flask（フラスコ）と呼ばれる
第一種永久機関とは、外部から何も受け取ることなく、仕事を外部に取り出すことができる機関である。これは熱力学第一法則（エネルギー保存の法則と等価）に反した存在である。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が、第一種永久機関は何もエネルギー源の無いところからひとりでにエネルギーを発生させている。これは、エネルギーの増減が内部エネルギーの変化であるという、熱力学第一法則に第一種永久機関が逆らっていることを意味している。
科学者、技術者の精力的な研究にも関わらず、第一種永久機関が作り出されることはなかった。その結果、熱力学第一法則が定式化されるに至った。
熱力学第一法則（エネルギー保存の法則）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。 仕事を外部に取り出すとエネルギーを外部から供給する必要ができてしまう。 そこで仕事を行う部分を装置内に組み込んでしまい、ある熱源から熱エネルギーを取り出しこれを仕事に変換し、仕事によって発生した熱を熱源に回収する装置が考えられた。 このような装置があればエネルギー保存の法則を破らない永久機関となる。
熱エネルギーの回収を行うので熱源や周囲の温度は維持される。そのため空気や海水塊自体の持っている熱を取り出して仕事をし、他に熱的な影響を与えない機械ともいえる。例として海水の熱により推進する仮想的な船の例で説明する。この船では、エネルギー保存の法則により、取り出した運動エネルギー分温度の下がった海水の排水が出る。これを船の近傍に捨てるとする。一方では、船の推進の摩擦による熱が発生し、船の周りに温水ができる。スクリューで海の水をかき回すと、その冷水と温水が混じり周囲の温度と均一になり、他に（熱という意味での）影響を与えないように見える。ただし、加速時には船の近傍の海水は周りより冷たくなり、減速時には船の近傍の海水は周りより熱くはなる。
仮に第二種永久機関が可能としても、定義よりエネルギー保存は破らないため、その機械自体の持っているエネルギーを外部に取り出してしまえば、いずれその機械は停止する。本機械は「熱効率100%の熱機関」であって、その機械自体をエネルギー源として使用できるわけではない。
第二種永久機関を肯定する実験結果は得られておらず、実現は否定されている。第二種永久機関の否定により、「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。これによって総ての熱機関において最大熱効率が1.0（100%）以上になることは決してないため、仕事によって発生した総ての熱を熱源に回収する事は不可能であるということになり、第二種永久機関の矛盾までもが確立されるに至った。前述の海水の熱により推進する仮想的な船の例では、「加速時に船の近傍の海水が周りより冷たくなり、減速時に船の近傍の海水が周りより熱くなる」という、現実には起こりえない事態が発生する（無論、これは熱力学第二法則に反する現象である）。
