• Perpetuum Mobile der ersten Art  - Motor (imaginäre Maschine), der in der Lage ist, endlos ohne die Kosten für Kraftstoff oder andere Energieressourcen zu arbeiten. Ihre Existenz widerspricht dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Nach dem Energieerhaltungsgesetz
• Perpetuum Mobile der zweiten Art  - eine imaginäre Maschine, die, wenn sie in Betrieb genommen wird, die gesamte Wärme in Arbeit umwandelt, die den umgebenden Körpern entzogen wird (siehe Maxwells Dämon). Sie widersprechen dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik sind alle Versuche, einen solchen Motor zu schaffen, zum Scheitern verurteilt.

Geschichte von

Indisches oder arabisches Perpetuum Mobile mit kleinen, schräg stehenden Gefäßen, teilweise mit Quecksilber gefüllt.

Der Versuch, den Ort, die Zeit und die Ursache der Idee einer Perpetual Motion Machine zu untersuchen, ist eine sehr schwierige Aufgabe. Nicht weniger schwer zu benennen und der Erstautor eines solchen Plans. Die früheste Information über Perpetuum mobile ist anscheinend die Erwähnung, die wir beim indischen Dichter, Mathematiker und Astronomen Bhaskara finden, sowie einige Notizen in arabischen Manuskripten aus dem 16. Jahrhundert, die in Leiden, Gotha und Oxford aufbewahrt werden. Derzeit wird Indien als Heimat der ersten Perpetual Motion Machines angesehen. So beschreibt Bhaskara in ihrem um 1150 datierten Gedicht eine Art Rad mit langen, schmalen Gefäßen, die zur Hälfte mit Quecksilber gefüllt sind und schräg am Rand befestigt sind. Das Funktionsprinzip dieses ersten mechanischen Perpetuum Mobile basierte auf dem Unterschied der Schwerkraftmomente, die durch die Flüssigkeit erzeugt wurden, die sich in den auf dem Umfang des Rades angeordneten Behältern bewegte. Bhaskara rechtfertigt die Drehung des Rades sehr einfach: "Ein auf diese Weise mit Flüssigkeit gefülltes Rad, das auf einer auf zwei festen Trägern liegenden Achse montiert ist, dreht sich kontinuierlich von selbst." Die ersten Projekte einer Perpetual Motion Machine in Europa stammen aus der Epoche der Mechanikentwicklung, etwa aus dem 13. Jahrhundert. Im 16. und 17. Jahrhundert wurde die Idee einer Perpetuum Mobile besonders verbreitet. Zu diesem Zeitpunkt wuchs die Zahl der Perpetual Motion-Projekte, die bei den Patentämtern europäischer Länder eingereicht wurden, rapide. Unter den Zeichnungen von Leonardo Da Vinci wurde ein Stich mit einer Zeichnung einer Perpetuum Motion Maschine gefunden.

Fehlgeschlagene ewige Bewegungsentwürfe aus der Geschichte.

Abb. 1. Eine der ältesten Strukturen der Perpetual Motion Machine.

In Abb. 1 zeigt eine der ältesten Strukturen der Perpetual Motion Machine. Es stellt ein Zahnrad dar, in dessen Aussparungen die Gewichte an Scharnieren angelenkt sind. Die Geometrie der Zähne ist so, dass die Gewichte auf der linken Seite des Rades immer näher an der Achse erscheinen als auf der rechten Seite. Dies müsste nach Angaben des Autors nach dem Gesetz des Hebels das Rad in ständige Rotation versetzen. Während der Drehung würden die Gewichte nach rechts klappen und die Antriebskraft sparen.

Wenn jedoch ein solches Rad hergestellt wird, bleibt es unbeweglich. Der unterschiedliche Grund für diese Tatsache ist, dass die Lasten auf der rechten Seite zwar einen längeren Hebel haben, auf der linken Seite jedoch mehr. Dadurch sind die Kraftmomente rechts und links gleich.

Abb. 2. Die Gestaltung der ewigen Bewegung nach dem Gesetz des Archimedes

In Abb. 2 zeigt die Vorrichtung eines anderen Motors. Der Autor beschloss, das Gesetz von Archimedes zur Energieerzeugung zu verwenden. Das Gesetz besagt, dass Körper, deren Dichte geringer als die Dichte des Wassers ist, dazu neigen, an die Oberfläche zu schweben. Deshalb hat der Autor hohle Tanks an eine Kette gelegt und die rechte Hälfte unter Wasser gestellt. Er glaubte, das Wasser würde sie an die Oberfläche drücken und die Kette mit den Rädern würde sich somit endlos drehen.

Folgendes wird hier nicht berücksichtigt: Die Auftriebskraft ist die Differenz zwischen dem Wasserdruck, der auf den unteren und oberen Teil des untergetauchten Objekts einwirkt. Bei der in der Abbildung gezeigten Konstruktion werden durch diesen Unterschied die unter Wasser stehenden Tanks auf der rechten Seite des Bildes herausgedrückt. Auf den untersten Tank, der das Loch verschließt, wirkt jedoch nur Druck auf die rechte Oberfläche. Und es wird die Gesamtkraft überschreiten, die auf die verbleibenden Tanks wirkt. Daher dreht sich das gesamte System einfach im Uhrzeigersinn, bis das Wasser ausläuft.

Patente und Urheberrechtsbescheinigungen für den Ewigen Motor

Literatur

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• Petrunin U. Warum existierte die Idee einer Perpetuum Motion Machine in der Antike nicht? // Petrunin Yu.Yu. Ghost of Constantinople: unlösbare Herausforderungen in der russischen und europäischen Kultur. - M .: KDU, 2006, p. 75-82

Hinweise

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Sehen Sie, was die "Perpetual Motion Machine der zweiten Art" in anderen Wörterbüchern ist:

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Perpetuum Mobile der zweiten Art.

Bekanntlich kann das Energieerhaltungsgesetz in der folgenden etwas abgewandelten Form formuliert werden: bei allen Prozessen der Energieumwandlung sollte die Summe aller an diesem Prozess beteiligten Energiearten unverändert bleiben. Eine solche Formulierung erlaubt zwar nicht die Erzeugung von Energie aus dem Nichts, lässt jedoch einen anderen Weg zur Verwirklichung der unaufhörlichen Bewegung offen, deren Prinzip auf der idealen Umwandlung einer Energieform in eine andere beruhen würde. Daher ist es möglich, beispielsweise einen solchen Arbeitszyklus vorzuschlagen: Selbst in einer Dampfmaschine (Turbine, Verbrennungsmotor oder einer anderen Wärmekraftmaschine) verbrauchen wir eine bestimmte Wärmemenge, um bestimmte mechanische Arbeiten auszuführen; ferner wird die entstehende mechanische Energie wieder in Wärme umgewandelt, mit der Dampf erhitzt und die Dampfmaschine (Turbine) usw. angetrieben wird. Es ist klar, dass ein solcher Zyklus der Energieumwandlung endlos wiederholt werden kann: Die Energie dieses Systems nimmt nicht zu und nicht mit der Zeit ab.

Die Erforschung des Themas der Perpetuum-Handys dieser Art zu Beginn des 20. Jahrhunderts. studierte ausführlich den berühmten deutschen Physikalischen Chemiker Wilhelm Ostwald . Die oben beschriebene ideale Maschine, die in der Lage ist, Energie zyklisch und verlustfrei von einer Form in eine andere umzuwandeln, nennt er das Perpetuum Mobile der zweiten Art. Wie aus dem Namen selbst hervorgeht, bleibt das Problem der ständigen Bewegung zwar auch nach Ablehnung der Möglichkeit, ein Perpetuum Mobile der ersten Art zu schaffen, weiterhin offen. In diesem Fall unterscheiden sich jedoch beide Arten von Perpetual-Motion-Maschinen stark voneinander. Während die Funktion des Perpetuum Mobile der ersten Art, die von Wissenschaftlern angekündigt wurde, darin bestand, kontinuierlich nützliche Arbeit zu leisten, ohne Energie aus externen Quellen nachzufüllen, schien die Ernennung einer Perpetuum Motion-Maschine der zweiten Art völlig anders zu verlaufen - diese Maschine erforderte nur die Fähigkeit, Energie perfekt umzuwandeln.

Im Zusammenhang mit der Diskussion des Themas der Perpetual Motion Engine zweiter Ordnung stand erneut die Wirkung des Energieerhaltungsgesetzes im Mittelpunkt der Diskussion. Aus dem Physikkurs ist bekannt, dass dieses auf thermische Prozesse angewandte Gesetz der Inhalt des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik ist. Das erste Gesetz behauptet zwar die Äquivalenz von thermischer und mechanischer Energie, sagt jedoch nichts darüber aus, in welche Richtung Energieumwandlungsprozesse stattfinden sollen. Werfen wir einen Stein von einem Felsen in den Abgrund, wandeln eine Explosion chemischer Energie, die sich in Sprengstoffen angesammelt hat, in mechanische Energie, Licht und Wärme um, verbrennen Brennstoff, um unsere Häuser zu heizen - all dies sind regelmäßige Wechsel der Energieformen. Gleichzeitig verbietet das Energieerhaltungsgesetz jedoch nicht den Fluss eines dieser Prozesse in die entgegengesetzte Richtung, was unserer praktischen Erfahrung eindeutig widerspricht. Die unkritische Anwendung dieses Gesetzes führt uns daher zu absurden Schlussfolgerungen.

Lassen Sie uns noch ein Beispiel geben. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist Wärme gleichbedeutend mit mechanischer Energie, daher ist es ohne Widerspruch zum ersten Hauptsatz möglich, eine Maschine zu bauen, die dem Körper Wärme entzieht, eine Umgebungstemperatur hat oder beispielsweise Wärme aus großen Behältern entnimmt und abgibt diese mechanische Arbeit. Gleichzeitig würde schon eine kleine Abkühlung des Wassers in einem Teich eine große Menge an Wärmeenergie freisetzen, die in elektrische oder auch wieder in mechanische Energie umgewandelt werden könnte. Wenn wir beispielsweise das in einem Teich mit einer Fläche von 120 m 2 und einer Tiefe von 1,9 m enthaltene Wasser um 1 ° C kühlen, erhalten wir eine Energie von 954 kJ . Wandeln wir nun die entstehende mechanische Energie wieder in Wärme um, entsteht ein geschlossener Kreislauf der Energieumwandlung nach dem Prinzip eines Perpetuum Mobile der zweiten Art. Die Frage ist nur, ob die Maschinen, die diesen idealen Transformationszyklus realisieren, in der Praxis realisierbar sind, da wir im Alltag nie auf solche Phänomene stoßen.

Aus eigener Erfahrung wissen wir, dass sich in einem warmen Raum eine Flasche Milch aus dem Kühlschrank erwärmt und ein Glas heißen Tee abkühlt. Zusätzlich senkt eine kalte Flüssigkeit, wenn sie erwärmt wird, die Temperatur der Luft im Raum unmerklich und die heiße erhöht sie. Es ist klar, dass wir in diesen Prozessen nichts Überraschendes finden. Gleichzeitig kommt es nie vor, dass ein kalter Körper von Natur aus abkühlt oder ein heißer Körper heiß wird. Für eine solche Kühlung werden spezielle Kühlaggregate eingesetzt, die jedoch eine konstante Energieversorgung aus externen Quellen erfordern. Gleichzeitig widerspricht die spontane Abkühlung eines kalten Körpers oder die Erwärmung eines heißen Körpers keineswegs dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Es liegt daher auf der Hand, dass der Wortlaut dieses Gesetzes in irgendeiner Weise klargestellt und ergänzt werden sollte.

Das Problem der Wärmenutzung durch Kühlwasserbecken unseres Planeten wurde von V. Ostwald als typisches Beispiel angeführt, das die Unwirklichkeit der Idee einer Perpetual Motion Machine der zweiten Art demonstriert. In seinem Buch " Allgemeine Chemie”, 1893 veröffentlicht, schrieb er:

„Normalerweise erkennen wir nicht, dass der Satz von Perpetuum Mobile auf zwei Arten interpretiert werden kann. Einerseits - das kommt immer öfter vor - wäre es möglich, ein Perpetuum Mobile (also eine Perpetuum Motion-Maschine der ersten Art) zu bauen, mit dessen Hilfe eine bestimmte Energie erzeugt und beispielsweise zum Antreiben einer beliebigen Maschine genutzt werden kann. Der Beweis der Unmöglichkeit eines solchen Prozesses führt uns zum ersten Grundgesetz der Energie, wonach Energie nicht erzeugt oder zerstört werden kann. Das Perpetuum Mobile kann jedoch auf andere Weise aktiviert werden, ohne Energie zu erzeugen, wenn es möglich wäre, eine große Menge ungenutzter Energie, die in der Natur verborgen ist, in den Transformationsprozess einzubeziehen. Wenn es zum Beispiel möglich wäre, große Reserven an Wärmeenergie, die in den Gewässern des Weltozeans enthalten sind, in mechanische Energie umzuwandeln, die schließlich in Wärmeenergie umgewandelt wird, würden wir eine Perpetual Motion-Maschine zweiter Ordnung realisieren. Dies ist natürlich unmöglich, da diese Wärmevorräte, die sich äußerlich in Form der Temperatur im eingeschwungenen Zustand der Erde manifestieren, unverändert sind. “

Ein weiterer deutscher Physiker Rudolf Clausius Er widmete auch viel seiner Zeit der Erforschung der Probleme der Thermodynamik. Insbesondere kam er zu dem Schluss, dass die Energie unserer Welt unverändert bleibt. Gleichzeitig stellte er einen wichtigen Satz über die Tendenz der Entropie eines geschlossenen Systems zum Maximum auf. Um die Bedeutung dieses Theorems besser zu verstehen, wollen wir versuchen, die Bedeutung des Entropiebegriffs näher zu erläutern, wobei wir seine strenge mathematische Formulierung außer Acht lassen. Die wichtigste Eigenschaft der Entropie ist, dass sie sich bei reversiblen physikalischen Prozessen nicht ändert, d. H. in idealen Prozessen, die ohne Energieverlust in beide Richtungen ablaufen können. Die Praxis zeigt, dass es in realen physikalischen Phänomenen immer bestimmte Faktoren gibt, zum Beispiel passive Kräfte (Reibung), durch deren Einwirkung ein Teil der Energie, die in Wärme umgewandelt wird, für die nächste Phase dieses Umwandlungszyklus unwiederbringlich verloren geht. Solche Verluste werden als "tote" Energie bezeichnet, etwa " abschreibung"Energie oder Reduzierung" qualitäten". In dieser Hinsicht nimmt die Wärmeenergie bei einer Reihe von verschiedenen Energiearten den letzten Platz ein, da bei jedem Umwandlungsprozess notwendigerweise Wärme entsteht, die nicht mehr in eine höhere Energieform umgewandelt werden kann.

Derartige Überlegungen, die auf unsere Welt als Ganzes zutrafen, führten zur Entstehung von Ideen über die sogenannten thermischer Tod des Universums nach denen die ganze Welt strebt. Dies hätte sich insbesondere in einem Anstieg der Temperatur der Erdatmosphäre und des Planeten selbst als Folge der Wärmeerzeugung während eines natürlichen Prozesses der Energieumwandlung äußern müssen.

In einer anderen Interpretation wird die Entropie als Maß für die „Dissipation“ von Energie im System betrachtet. Diese Interpretation der Entropie basiert auf der Tatsache, dass bei jedem Prozess, der in einem geschlossenen System stattfindet, nur ein Teil der Energie des Systems umgewandelt wird, während der Rest in Wärme umgewandelt wird und nicht zurückgewonnen werden kann. Maß für solche Verluste oder " streuungEnergie und ist das Inkrement der Entropie. In diesem Fall ist der numerische Wert der Entropie proportional zu der Energiemenge, die auf die innere Energie der am Prozess beteiligten Körper übertragen wird, d.h. in Wärme.

Diese Art der Energiedissipation ist ein Hindernis für die Implementierung von Perpetual Motion-Maschinen, die funktionieren, ohne die Energiereserven von außen aufzufüllen. Beispielsweise macht die oben beschriebene Perpetuum-Motion-Maschine zweiter Ordnung die Energieabgabe im Antrieb der Dampfmaschine und im Kessel selbst, in dem sich der Dampf erwärmt, um ihn in Bewegung zu setzen, unmöglich. Tatsächlich lässt der erhitzte Dampf aus dem Kessel eine Dampfmaschine in Gang setzen. Stellen Sie sich vor, der Antrieb dieser Maschine ist so konstruiert, dass die Energie ihrer Bewegung vollständig in Wärme umgewandelt wird, die dem Dampfkessel der Dampfmaschine wieder zugeführt wird. In diesem scheinbar idealen System wird also gerade aufgrund der vorhandenen Verluste die Arbeitsenergie konstant verringert, was zur Folge hat, dass die Temperatur und der Dampfdruck im Kessel sinken und mit ihnen auch die Leistung der Dampfmaschine sinkt.

Andere Erfinder des Perpetuum Mobile schlugen zum Beispiel vor, zwei Uhrwerke zu verbinden, damit die Feder des anderen eins davon in Gang setzt - dies würde die Möglichkeit bieten, ein „ewiges“ Zeitmesssystem zu erhalten, das dem Energieeinsparungsgesetz grundsätzlich nicht widerspricht. Praktische Erfahrungen haben diese Möglichkeit jedoch widerlegt, da ein derartiger ewiger Motor zum Stillstand kam, sobald die Antriebskräfte beider Federn verglichen wurden. Selbst wenn wir davon ausgehen, dass wir mit Hilfe entsprechender konstruktiver Änderungen einen wesentlichen Teil der Energie von einer Feder auf eine andere übertragen können, können wir darüber hinaus nichts erreichen - gerade aufgrund des Einflusses der bereits erwähnten Energiedissipation, die mit jedem Arbeitszyklus einhergeht.

Unter Verwendung des Konzepts der Entropie wurde daher neben dem Energieerhaltungssatz ein weiteres wichtiges Gesetz formuliert, das das Problem der Perpetual Motion Engine zweiter Ordnung beleuchtet. Eine seiner Formulierungen ist der Clausius-Satz über das Streben nach maximaler Entropie eines geschlossenen Systems.

Eine andere äquivalente Formulierung besagt, dass es unmöglich ist, ein Gerät zu schaffen, das aufgrund von Wärme ständig mechanische Arbeit leistet und die empfangene mechanische Energie zurück in Wärme umwandelt. . Dieses Gesetz heißt das zweite Gesetz der Thermodynamik. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik lehnt auch die Möglichkeit ab, Energie durch Kühlung von Körpern unterhalb der Umgebungstemperatur zu gewinnen. Um also Wärme in eine andere Energieform (zum Beispiel mechanische Energie) umzuwandeln, benötigen wir eine Heizung (Boiler) und einen Kondensator (Kühlschrank). Je größer der Temperaturunterschied zwischen Heizung und Kondensator ist, desto größer ist der Anteil der Wärme, der in Nutzarbeit umgewandelt werden kann. Wenn diese Differenz gleich Null ist, ist die geleistete Arbeit gleich Null.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik  beseitigt die Unvollständigkeit des Energieerhaltungsgesetzes, das nicht zwischen reversiblen und irreversiblen Prozessen unterschied und damit eine gespenstische Hoffnung für diejenigen hinterließ, die es nicht ertragen wollten, ein Perpetuum Mobile zu schaffen.

Darüber hinaus verbietet der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Perpetuumbewegungsmaschinen, die dem Perpetuum Mobile der zweiten Art ähneln, jedoch auf der Umwandlung anderer Energiearten beruhen. So ist beispielsweise die ewige Arbeit eines auf einer Welle sitzenden Elektromotor-Generator-Paares, das nach folgendem Schema arbeiten würde, unmöglich: Der vom Generator erzeugte elektrische Strom treibt den Elektromotor in Rotation und die mechanische Energie des Elektromotors wird wiederum in einen elektrischen Generator umgewandelt. Wenn beide Elemente dieses Paares mit 100% Wirkungsgrad gearbeitet haben (was natürlich aufgrund der vorhandenen elektrischen und mechanischen Verluste unmöglich ist), dann müsste sich ein solches System in ständiger Bewegung halten. Es könnte jedoch in keiner Weise für praktische Zwecke verwendet werden, da durch die Auswahl nützlicher Arbeiten aus diesem Gerät die Energiebilanz verletzt und das System gestoppt würde.

Dieses oft zitierte Literatursystem ist ein Beispiel motorgenerator  viele Male diente es als Prototyp für eine Reihe anderer, einfacherer Projekte. Mit solchen Vereinfachungen wird die Unmöglichkeit des Perpetuum Mobile vom Typ "Motor-Generator" noch deutlicher. Schließlich ist es beispielsweise möglich, den Motor und den Generator durch ein System aus zwei miteinander verbundenen Riemenscheiben zu ersetzen. Schließlich können Sie sich auch auf eine Rolle beschränken, wobei Sie die eine Hälfte als führendes und die andere als angetriebenes Element betrachten. Dutzende ähnlicher Konstruktionen können erfunden werden, aber das Ergebnis wird immer nur eine sein, da für alle diese einfachen und komplexen ewigen Motoren das zweite Hauptsatz der Thermodynamik bereits sein Urteil verkündet hat.

Aus Gründen der Genauigkeit ist darauf hinzuweisen, dass dieses Gesetz statistischer Natur ist und nur für makroskopische Objekte gilt. Insbesondere kann es nicht verwendet werden, um die Bewegung von Molekülen oder kleinen Partikeln eines Stoffes zu beschreiben ( brownsche Bewegung). Darüber hinaus kann die konstante Wärmebewegung, die die innere Energie makroskopischer Körper bestimmt, nicht als Energiequelle für nützliche Arbeiten dienen.

Die Geschwindigkeit, mit der die Menschheit alle anderen Energieformen in Wärme umwandelt, beginnt die Existenz der Zivilisation zu bedrohen. „Thermischer Tod“ erscheint auf absehbare Zeit aufgrund des ständig steigenden Energieverbrauchs und seiner anschließenden Verteilung in Form von Wärme bereits unter Beibehaltung der aktuellen wirtschaftlichen Entwicklung unvermeidlich. Aber wenn die Menschheit versucht, sie zu bremsen, wird sie die Gesetze der Evolution überschreiten und dennoch zugrunde gehen.

Gibt es einen Ausweg? Es ist möglich, dass es nur aufgrund eines Missverständnisses eines physikalischen Prinzips noch nicht sichtbar ist. Die Umwandlung des Energieverbrauchs in den Energiekreislauf würde es grundsätzlich ermöglichen, seine Intensität zu erhöhen, ohne das Gleichgewicht mit dem Medium zu stören. Dies beweist die Erfahrung der organischen Welt, die seit Jahrtausenden, indem sie die Masse der Biosphäre mehr oder weniger konstant hält, im Laufe ihrer Entwicklung den jährlichen Verbrauch von Materie und Energie um ein Vielfaches erhöht hat. Heutzutage sind die Massen einer Substanz, die er jedes Jahr durch sich selbst durchläuft, mit der Masse der Erdkruste vergleichbar und überschreiten sie nach einigen Schätzungen.

Perpetual Motion Machine der zweiten Art ist unmöglich?

Da sich fast die gesamte von uns verbrauchte Energie früher oder später in Form von Wärme auflöst, droht uns der „thermische Tod“, da der Energiekreislauf die Form eines Wärmekreislaufs haben muss. Mit anderen Worten, wir müssen lernen, wie man die abgegebene Wärme sammelt, um ihre Energie immer wieder zu nutzen.

Die ideale Wärmekraftmaschine wird als diejenige angesehen, die der französische Physiker Sadi Carnot (Nicolas Léonard Sadi Carnot, 1796-1832) 1824 theoretisch entwickelt hat. Seine Idealität liegt in der Tatsache, dass der Wirkungsgrad (EFF) jeder anderen Maschine, die denselben Kühlschrank und dieselbe Heizung verwendet, geringer ist als der der erfundenen Maschine. Und die Tatsache, dass sich die Effizienz seines Autos von der Einheit unterscheidet, ergibt sich aus der Tatsache, dass sie einen Kühlschrank hat: Nachdem sie etwas Energie von der Heizung erhalten hat (zum Beispiel in Form von Wärme aus der Verbrennung von Kraftstoff), ist das Arbeitsmedium (in einer idealen Maschine natürlich ein ideales Gas). Bei nützlicher Arbeit ist es völlig nutzlos, einen Teil seiner Energie in Form von Wärme an den Kühlschrank abzugeben.

Zur Sammlung der gestreuten Wärme werden heute Kraftwerke des klassischen Typs (mit Kühlschrank) eingesetzt - Erd- und Hydrothermkraftwerke sowie Wärmepumpen mit einem Wirkungsgrad, der unter dem von Carnot liegt.

Natürlich ist die Nutzung von Streuwärme nur möglich, weil das Medium ungleichmäßig erwärmt wird, dh mit Temperaturänderungen, die von Wärmesammel-Wärmekraftmaschinen genutzt werden. Da die Größe dieser Unterschiede gering ist, wird der Wirkungsgrad klassischer Wärmekraftmaschinen auf zu kleine Werte reduziert. Daher kann der Wärmekreislauf im Energiesektor nur dann real werden, wenn es sich um Kraftwerke ohne Kühlschrank handelt, deren Wirkungsgrad nicht durch den Wirkungsgrad von Carnot begrenzt wäre.

Solche Kraftwerke werden Perpetual Motion Machines der zweiten Art genannt. Es wird angenommen, dass sie durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verboten sind. Die Drohung des "Hitzetodes" lässt uns die Argumente zu ihrer Verteidigung jedoch so wohlwollend wie möglich betrachten.

Die Situation ist nicht hoffnungslos. Es kann nicht sein, dass die Gesetze der Evolution die organische Welt und dann die Menschheit für Millionen und Milliarden von Jahren dazu drängten, sich in eine bestimmte Richtung zu entwickeln (zur Intensivierung des Verbrauchs von Materie und Energie), und dann würde diese Entwicklung plötzlich auf das Gesetz der Physik stoßen, das, die Zirkulation von Wärme unmöglich zu machen, würde die Menschheit zum Tode verurteilen. Die Gesetze der Evolution und der Physik scheinen in einem einzigen und konsistenten Satz von Naturgesetzen enthalten zu sein. Wenn dies tatsächlich der Fall ist, sollte das Verbot von Perpetual-Motion-Maschinen der zweiten Art unhaltbar sein.

Fehler der Klassiker

Wenn jedoch Sauerstoff bei der gleichen Temperatur mit Wasserstoff gemischt wird, ist das Entropiewachstum nicht mit der Wärmeübertragung verbunden. Wenn kalter Wasserstoff mit heißem Sauerstoff gemischt wird, wächst die Entropie aufgrund von Temperaturausgleich und durch einfaches Mischen (Diffusion). Das Problem ist, dass unter bestimmten Bedingungen das Wachstum der Gesamtentropie von einer Abnahme einer der Komponenten - zum Beispiel der Wärme - begleitet sein kann.

Im Allgemeinen gilt das Gesetz der zunehmenden Gesamtentropie und das „Gesetz“ der zunehmenden thermischen Entropie nicht. Da auf diese Weise die thermische Entropie abnehmen kann, kann die Umwandlung von Wärme in andere Energieformen mit einer Abnahme der thermischen Entropie erfolgen, wenn nur ein vollständiges Wachstum stattfinden würde. Dies bedeutet, dass die Umwandlung von Wärme in andere Energieformen vollständig sein kann, dh ohne Wärmekompensation erfolgen kann.

Die heutige Verpflichtung eines Kühlschranks für eine Wärmekraftmaschine erklärt sich aus der Notwendigkeit, die Erhöhung der thermischen Entropie sicherzustellen. Die Aufhebung des "Gesetzes" zu seiner Erhöhung macht das Verbot von Perpetual Motion-Maschinen der zweiten Art unhaltbar, was den Weg für die Erzeugung von Energie freimacht, die auf dem Wärmekreislauf beruht.

Über Projekte von Perpetual Motion Machines der zweiten Art

Heute gibt es viele Dutzend solcher Projekte. Sie sind jedoch alle wahllos und von vornherein als dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zuwider und daher einer kritischen Analyse nicht würdig. Infolgedessen sind ihre Autoren gezwungen, in ihrer eigenen Umgebung zu „kochen“, was es ihnen natürlich unmöglich macht, Gegenstand rationaler Kritik zu werden, und das wissenschaftliche Niveau ihrer Texte auf ein oft unannehmbares Maß reduziert. Es ist sehr schwierig, das Unkraut vom Roggen zu trennen. Ich werde nur von einem solchen Projekt erzählen, dessen Idee meiner Meinung nach eine Diskussion wert ist.

Wir werden ein konvergierendes Rohr gegen den Wind in der Atmosphäre platzieren, dessen Luft aus "geometrischen" Gründen beschleunigt wird, wie Luft in einer Felsspalte oder in einem engen Durchgang zwischen Häusern. Ein solcher Fluss in der Näherung eines idealen Gases wird durch die Bernoulli-Gleichung beschrieben, die in zwei Grundformen bekannt ist. Nach dem ersten wird die Beschleunigung des Gases entlang der Stromlinie von einem Druckabfall begleitet, nach dem zweiten von einem Temperaturabfall. Der erste Effekt liefert die Auftriebskraft des Flügels, der zweite kann vermutlich in die Basis der Perpetual Motion-Maschine zweiter Ordnung gelegt werden.

Tatsächlich bedeutet das Kühlen eines Gasstroms das Verringern der in ihm enthaltenen Wärmemenge, das Beschleunigen und Erhöhen seiner kinetischen Energie. Hier wird Wärmeenergie direkt in Bewegungsenergie umgewandelt, es gibt keinen Kühlschrank. Die Abkühlung des Gasstroms erfolgt mit einer Abnahme seiner thermischen Entropie, die durch das Wachstum der nicht-thermischen Entropie in Verbindung mit einem Druckabfall kompensiert wird.

Das sich verjüngende Rohr kann mit einer Turbine geliefert werden, die es in ein Kraftwerk verwandelt. Die russischen Erfinder Michail Andrejewitsch Egorow, Igor Sergejewitsch Orlow und Emmanuel Avraamovich Sobol erhielten ein Patent für eine solche „Windenergieanlage“. Ihre Installation sieht aus wie eine Topfbauchbombe in den Zeichnungen, die entlang des Luftstroms aufgehängt und mit einem ringförmigen Loch in sich aufgenommen ist.

Ein Leser, der über die erforderliche experimentelle Basis verfügt (über die der Autor nicht verfügt), kann ein experimentum crucis selbst erstellen, indem er beispielsweise eine Folie für Gewächshäuser verwendet, die an einem Drahtrahmen befestigt ist, um ein sich verjüngendes Rohr zu konstruieren.

Die Installation von Egorov-Orlov-Sobol kann meines Erachtens auch an die aquatische Umgebung angepasst werden, in der es leistungsstärker sein kann, da eine Einheit des Volumens der terrestrischen Stauseen erheblich mehr Wärme enthält als eine Einheit des Volumens der Atmosphäre.

Es geht aber überhaupt nicht darum, ob diese besondere Konstruktion funktioniert. Meine Aufgabe beinhaltet nicht die Präsentation von Projekten von Perpetual Motion Machines der zweiten Art, die sofort in Produktion gehen könnten. Ich versuche nur, die anhaltend negative Haltung von Big Science gegenüber der Idee solcher Motoren umzukehren.

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Nach historischen Aufzeichnungen war die erste Person, die vorschlug, eine solche Maschine zu bauen, ein Wissenschaftler, der im 12. Jahrhundert lebte. Zu dieser Zeit begannen die Kreuzzüge der Europäer im Heiligen Land. Die Entwicklung von Handwerk, Haushalten und Geräten erforderte die Erschließung neuer Energiequellen. Die Popularität der Idee einer Perpetual Motion Machine begann schnell zu wachsen. Wissenschaftler versuchten, es zu bauen, aber ihre Versuche waren erfolglos.

Diese Idee wurde im 15. und 16. Jahrhundert mit der Entwicklung des verarbeitenden Gewerbes noch populärer. Die Projekte der Perpetual Motion Machine wurden von allen möglichen angeboten: von einfachen Handwerkern, die davon träumten, eine eigene kleine Fabrik zu gründen, bis zu großen Wissenschaftlern. Leonardo da Vinci, Galileo Galilei und andere große Forscher kamen nach zahlreichen Versuchen, eine Perpetual Motion Machine zu schaffen, zu dem Schluss, dass dies prinzipiell unmöglich ist.

Zur gleichen Meinung kamen die Wissenschaftler, die im 19. Jahrhundert lebten. Unter ihnen waren Hermann Helmholtz und James Joule. Sie formulierten eigenständig das Energieerhaltungsgesetz, das den Ablauf aller Prozesse im Universum charakterisiert.

Perpetuum Mobile der ersten Art

Aus diesem Grundgesetz ergibt sich die Unmöglichkeit, eine Perpetuum Mobile der ersten Art zu schaffen. Das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass Energie nicht von überall auftaucht und nicht spurlos verschwindet, sondern nur für sich selbst neue Formen annimmt.

Die Perpetual Motion Machine der ersten Art ist ein imaginäres System, das in der Lage ist, Arbeit (dh Energie zu produzieren) auf unbestimmte Zeit ohne Zugang von außen zu leisten. Ein reales System wie dieses kann nur die Arbeit seiner inneren Energie verrichten. Diese Arbeit wird jedoch begrenzt sein, da die internen Energiereserven des Systems nicht unendlich sind.

Die Wärmekraftmaschine zur Energieerzeugung muss einen bestimmten Zyklus ausführen, dh jedes Mal, wenn sie in ihren Ausgangszustand zurückkehrt. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass der Motor für seine Arbeit Energie von außen erhalten muss. Deshalb ist es unmöglich, eine Perpetuum Mobile der ersten Art zu bauen.

Perpetuum Mobile der zweiten Art

Das Funktionsprinzip der Perpetual-Motion-Maschine der zweiten Art war wie folgt: Dem Ozean Energie zu entziehen und gleichzeitig seine Temperatur zu senken. Dies steht nicht im Widerspruch zum Energieerhaltungssatz, aber der Bau eines solchen Motors ist ebenfalls unmöglich.

Die Sache ist, dass es dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik widerspricht. Es liegt in der Tatsache, dass Energie aus einem kälteren Körper im allgemeinen Fall nicht auf einen heißeren übertragen werden kann. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses geht gegen Null, da es irrational ist.

Es ist seit langem bewiesen, dass die Erfindung der ewigen Bewegung unmöglich ist. Im weiteren Sinne bedeutet eine Perpetual Motion Machine einen Mechanismus, der sich ständig selbst bewegt. Dies ist jedoch bei weitem keine ausreichende Definition. Dank der jahrhundertealten erfolglosen Versuche, heute eine Wundermaschine zu schaffen, kann man genau das Konzept einer Perpetual Motion Machine und die Gründe für ihre Unpraktikabilität bestimmen. Darüber hinaus hinterließen solche Versuche deutliche Spuren in der Geschichte und bestätigten die Existenz der wichtigsten Gesetze der Physik. Was wir unten betrachten und analysieren.

Definition und Klassifizierung von Perpetual Motion Machines

Die Perpetual Motion Machine ist also, wie bereits bekannt, ein imaginäres Gerät. Nach Art der geleisteten Arbeit kann wie folgt eingeteilt werden:

1. Die Perpetuum Mobile der ersten Art (physikalisch / mechanisch, hydraulisch, magnetisch) ist eine kontinuierlich arbeitende Maschine, die nach dem Start Arbeiten ausführt, ohne Energie von außen aufzunehmen. Hierbei handelt es sich um mechanische Geräte, deren Wirkprinzip auf der Anwendung bestimmter physikalischer Phänomene beruht, beispielsweise auf der Einwirkung der Schwerkraft, des Archimedes-Gesetzes und von Kapillareffekten in Flüssigkeiten.
2. Die Perpetual Motion Machine der zweiten Art (Natural) ist eine Wärmekraftmaschine, die durch einen Zyklus die von einer „unerschöpflichen“ Quelle (Ozean, Atmosphäre usw.) empfangene Wärme vollständig in Betrieb setzt. Assoziiert mit sich zyklisch wiederholenden Naturphänomenen oder mit den Prinzipien der Himmelsmechanik.

Eine solche Einteilung ist üblich und findet sich in der alten wissenschaftlichen Literatur. Spätere Forscher haben eine andere Definition. Es kommt von der Idee einer idealen Maschine, die ohne Verluste arbeitet und die gesamte übertragene Energie in nützliche Arbeit oder in eine andere Energieform umwandelt.

Zu diesen Definitionen haben Wissenschaftler verschiedener Zeiten einen langen Weg zurückgelegt. Sie haben sie einer gründlichen Analyse unterzogen und waren sich keineswegs immer einig. Das Problem bestand darin, ob man eine Perpetual Motion-Maschine als die einzige betrachten könnte, die, wenn sie vollständig zusammengebaut ist, sofort für Sie arbeiten würde, oder ob es akzeptabel wäre, das Gerät über einen anfänglichen Motorimpuls zu informieren. Im Streit ging es auch darum, ob die Grundmerkmale einer Perpetual Motion Machine eine Bedingung dafür sind, dass er in Bewegung gesetzt wird und gleichzeitig nützliche Arbeit leistet.

Die Gründe für die Schaffung von Ideen

Die erste Erwähnung der Perpetual Motion Machine bezieht sich auf das Jahr 1150. Aber bedeutete dies, dass die alten Mechaniker nicht an Perpetual Motion interessiert waren? Im Gegenteil, dies war eines jener traditionellen Probleme, denen die Wissenschaft im Zusammenhang mit der Untersuchung physikalischer Phänomene große Aufmerksamkeit schenkte. Bei der Untersuchung der Bedingungen, die die Kreisbewegung von Körpern bestimmen, kamen die Griechen jedoch zu Schlussfolgerungen, die theoretisch jede Möglichkeit der Existenz einer künstlich erzeugten ständigen Bewegung auf der Erde ausschließen. Zum Beispiel argumentierte Aristoteles, dass die Bewegung von Körpern in Richtung ihres Zentrums beschleunigt wird. Über Körper mit wirklich kreisenden Bewegungen schreibt er: "Sie können weder schwer noch leicht sein, da sie nicht in der Lage sind, sich dem Zentrum zu nähern oder es auf natürliche oder erzwungene Weise zu verlassen." Diese Bedingung wird nur von Himmelskörpern erfüllt.

Aber der Urvater der Idee einer Perpetuum Motion Engine gilt als ein indischer Dichter, Mathematiker und Astronom Bhaskar Acharya (1114-1185), der in seinem Gedicht eine Art sich ständig bewegendes Rad beschrieb. Beachten Sie, dass der Körper auf einer runden Form basiert. Nach der alten indischen Philosophie sind für ihn regelmäßig wiederkehrende Ereignisse, die einen Kreislauf bilden, ein Symbol für Ewigkeit und Perfektion. Das heißt, die Vorläufer der Idee der ewigen Bewegung wurden nicht durch praktische, sondern durch religiöse Bedürfnisse motiviert. Die Idee einer Perpetual Motion Engine hat im Mittelalter in Europa ihren Höhepunkt erreicht, als Tempel, Kathedralen und Fürstenpaläste intensiv gebaut wurden, und dann sind die Macher natürlich an der praktischen Anwendung der Maschine interessiert.

Einige Modelle von Perpetual Motion Maschinen der ersten Art

Unausgewuchtetes Rad

Abbildung 1

Abbildung 2

Abbildung 3

Hier ist ein Modell der Perpetual Motion Machine von Bhaskara (Abb. 1) mit schräg an der Innenseite des Umfangs angebrachten langen, schmalen Gefäßen, die zur Hälfte mit Quecksilber gefüllt sind. Bhaskara rechtfertigt die Drehung des Rades wie folgt: "Ein so mit Flüssigkeit gefülltes Rad, das auf einer auf zwei festen Trägern liegenden Achse montiert ist, dreht sich kontinuierlich von selbst."

Zwei weitere im Prinzip ähnliche Modelle, die im mittelalterlichen Europa erfunden wurden. Die Rolle von Gefäßen, die teilweise mit Quecksilber gefüllt sind, spielen konvex geformte Sektoren im Inneren des Rades, in denen schwere Kugeln (Abb. 2) oder am äußeren Teil des Rades befestigte Stangen mit Gewichten an den Enden (Abb. 3) sitzen.

Das Funktionsprinzip dieser Motoren besteht darin, ein konstantes Ungleichgewicht der Schwerkraft auf dem Rad zu erzeugen, aufgrund dessen sich das Rad drehen muss. Überlegen Sie, warum diese Berechnung am Beispiel eines herkömmlichen Rades nicht gerechtfertigt ist. Hier wird angenommen, dass die Arbeit durch die Schwerkraft verrichtet wird, dh unter normalen Bedingungen (in kleinen Entfernungen und in der Nähe der Erdoberfläche) ist sie konstant und immer in die gleiche Richtung gerichtet.

Abbildung 4

F T ist das Gewicht der Last, F P ist die Kraft, mit der der Hebel auf das Scharnier einwirkt (kompensiert durch die Kraft der Stützreaktion), F B ist die Drehkraft, R ist der Abstand vom Scharnier (der Drehachse) zur Trajektorie des Schwerpunkts der Last.

Wenn der Hebel streng senkrecht steht, wird das Gewicht der Last auf das Scharnier übertragen und durch die Reaktion der Stütze ausgeglichen. Die Kraft richtet sich entlang der Normalen zum Kreis, der Tangentialkomponente

fehlt, so ist das Moment der Kräfte Null. Diese Position wird als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. Wird der Hebel ausgelenkt, gleicht die Abstützreaktion das Gewicht nicht mehr aus, die tangentiale Komponente der Kraft tritt auf und die normale beginnt abzunehmen. Dies wird nur fortgesetzt, bis der Hebel horizontal ist. Wenn das Moment der Kräfte den Maximalwert erreicht, wirkt der Hebel wieder auf die Last, die Normalkraft ändert ihr Vorzeichen relativ zum Hebel. Die tangentiale Kraft nimmt ab, bis sich der Hebel in einer senkrechten Position nach unten befindet (unterer Totpunkt (LDP)).

Wie aus Fig. №4, die Hälfte des Arbeitszyklus, wird die Last beschleunigt, bewegt sich vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (LDP) und verlangsamt sich zur Hälfte. Nach mehreren Umdrehungen erreicht das Rad mit unausgeglichenen Lasten einen Gleichgewichtszustand.

Kette auf einer schiefen Ebene

Abbildung 5

Eine andere Art von mechanischer Perpetual Motion-Maschine ist eine schwere Kette, die über eine längere Seite durch ein System von Blöcken geschleudert wird. Es wurde theoretisch angenommen, dass der Teil, auf dem sich eine größere Anzahl von Gliedern befindet, aus der schiefen Ebene herausrutscht, wodurch sich der geschlossene Kreislauf kontinuierlich bewegt. Es ist jedoch bekannt, dass die Kette ruht. Dieser Motortyp ist in erster Linie wegen der Unmöglichkeit seiner ständigen Bewegung interessant. Der Ingenieur, Mechaniker und Mathematiker Simon Stevin (1548-1620) hat das Gesetz der Körperbalance auf einer schiefen Ebene bewiesen. Eine Kette ist schwerer als eine andere, und zwar so oft, wie die große Kante (AB in Abb. 5) eines Prismas länger ist als eine kurze (VS in Abb. 5). Daraus folgt, dass sich zwei gebundene Lasten auf geneigten Ebenen ausgleichen, wenn ihre Massen proportional zu den Längen dieser Ebenen sind.

Ein prinzipiell ähnlicher Mechanismus (Abb. 6): Eine schwere Kette wird über die Räder geworfen, so dass ihre rechte Hälfte immer länger als die linke ist. Daher muss es nach unten fallen, wodurch sich die Kette dreht. Aber die Kette im linken Teil ist schier gespannt, und die rechte - in einem bestimmten Winkel und gebogen. Ebenso ist eine ständige Bewegung und dieser Mechanismus unmöglich.

Abbildung 6

Hydraulische Perpetual Motion-Maschine mit Archimedes-Schraube

In der überwiegenden Mehrheit ewige Hydraulikmotoren Erfinder versuchten seit den Zeiten des antiken Griechenlands Mechanismus bekannt, zu verwenden - Archimedes screw - helikalen Hohlrohrs mit Innenebene vorgesehen, um Wasser von dem Behälter zu der größten Höhe des Behälters anheben.

Abbildung 7

Die Flüssigkeit aus dem Gefäß steigt mit den Dochten zuerst in das obere Gefäß und von dort mit anderen Dochten noch höher, das obere Gefäß hat einen Ablaufschacht, der auf die Radschaufeln fällt und diese in Rotation versetzt. Die Flüssigkeit in der unteren Reihe steigt wieder durch die Dochte zum oberen Gefäß auf. Somit wird der Strahl, der die Rutsche hinunter auf das Rad fließt, nicht unterbrochen und das Rad muss immer in Bewegung sein (Abb. 7).

Nur das Rad dieser Maschine dreht sich niemals, da sich kein Wasser im oberen Behälter befindet. Dies ist, weil die Kapillarkräfte durch die Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche verursacht wird, obwohl die Schwerkraft zu überwinden, indem die Flüssigkeit in dem Dochtgewebe erhöhen, aber sie halten sie in den Poren des Gewebes, so dass sie nicht von ihnen abzulassen.

Denny Papens Schiff

Abbildung 8

Das Projekt des Perpetual-Motion-Hydraulikmotors Denny Papen ist ein Gefäß, das sich zu einem Rohr verjüngt und so gebogen ist, dass sich das freie Ende des Rohrs mit kleinerem Radius im großen „Hals“ des Gefäßes befindet (Abb. 8). Der Autor ging davon aus, dass das Gewicht des Wassers im breiteren Teil des Gefäßes das Gewicht der Flüssigkeit im Rohr im engeren Teil übersteigt. Somit sollte die Zirkulation der Flüssigkeit aufgrund der Druckdifferenz auftreten. Tatsächlich gilt in diesem Fall das Grundgesetz der Hydrostatik: Der auf die Flüssigkeit ausgeübte Druck wird unverändert in alle Richtungen übertragen. Die Oberfläche des Fluids in dem dünnen Rohr ist auf das gleiche Niveau wie in dem Gefäß eingestellt, wie in allen miteinander verbundenen Gefäßen.

Zuvor wurden diesem Motor ähnliche Schiffe angeboten, die ansonsten im Weltraum orientiert waren. Sie unternahmen die Basis des Prinzips der Siphon Wirkung: (in einem gekrümmten Rohrbögen mit unterschiedlichen Längen, durch die Flüssigkeit aus dem Behälter fließt, um Behälter in einem höher mit einem unteren Flüssigkeitsniveau) die Arbeit aufgewendet, die Flüssigkeit zu heben, wird Atmosphärendruck hergestellt. Gleichzeitig sollte, damit eine Flüssigkeit durch einen Siphon strömen kann, die maximale Höhe ihrer Biegung die Höhe der Flüssigkeitssäule, die durch den Druck der Außenluft ausgeglichen wird, nicht überschreiten. Für Wasser beträgt diese Höhe bei normalem Luftdruck etwa 10 m - diese Tatsache wurde nicht berücksichtigt und führte zu falschen Schlussfolgerungen über die ständige Bewegung eines solchen Motors.

Andere Hydraulikmotoren

Abbildung 9

Unter den vielen Projekten der Perpetual Motion Machine gab es viele, die auf dem Gesetz von Archimedes basierten. Eines dieser Projekte ist das folgende: Ein mit Wasser gefülltes hohes Schiff (20 m) hat an seinen verschiedenen Enden einseitig Rollen, durch die ein starkes Endlosseil mit vierzehn festen hohlen kubischen Kisten geworfen wird. Die Boxen sind gleich, gleich weit, wasserdicht und haben eine Seitenlänge von 1 m (Abb. 9).

In der Tat neigen die Kisten im Wasser dazu, nach oben zu schweben. Sie sind von einer Kraft betroffen, die dem Gewicht des von den Kisten verdrängten Wassers entspricht.

Aber selbst wenn man annimmt, dass das Seil unendlich ist, die Wirkung ist nicht gerechtfertigt, weil das Seil Spinn, Kisten sollten einen Teil davon aus dem Boden des Gefäßes sein, und dafür müssen sie den Druck der Wassersäule zu überwinden, die viel größer sein werden als die Kraft des Archimedes.

Abbildung 10

Eine vereinfachte Version der ewigen Bewegung des hydraulischen Typs (Abb. 10), deren Idee von einem offensichtlichen Verstoß gegen die Auslegung des Gesetzes von Archimedes herrührt. Der untergetauchte Teil der Holztrommel ist nach dem Gesetz von Archimedes der Wirkung von Auftrieb ausgesetzt. Natürlich dreht sich das Rad nicht, weil die Kraft nicht nach oben gerichtet ist (wie der Erfinder angenommen hat), sondern in Richtung der Radmitte.

Magnetische Perpetuum Mobile

Abbildung 11

Einfach, aber das ursprüngliche Modell einer Perpetual Motion Maschine mit Magneten. Zwei geneigte Rutschen führen zum Kugelmagneten, der sich auf dem Gestell befindet: eine gerade, über dem Gestell montiert, die andere gebogen (Abb. 11). Eine auf der oberen Rinne platzierte Eisenkugel wird von einem Magneten angezogen, fällt dann auf dem Weg in das Loch, rollt die untere Rinne herunter und geht wieder zur oberen Rinne.

Wenn der Magnet jedoch stark genug ist, um den Ball vom unteren Punkt anzuziehen, kann er nicht durch ein sehr nah gelegenes Loch fallen. Wenn im Gegenteil die Anziehungskraft unzureichend ist, zieht der Ball überhaupt nicht an.

Perpetual Motion Machine der ersten Art, die gegen das Energieerhaltungsgesetz verstößt

Die endgültige Genehmigung des Gesetzes der Erhaltung der Energie in den 40-70 Jahren des XIX Jahrhunderts wurde auf der Grundlage der Arbeit von Sadi Carnot, Robert Mayer, James Joule und Hermann Helmholtz, der eine Verbindung zwischen den verschiedenen Energieformen gezeigt haben (mechanische, thermische, elektrische, etc.). Das Energieerhaltungsgesetz ist wie folgt formuliert: In einem isolierten System kann Energie von einer Form in eine andere übertragen werden, aber ihre Gesamtzahl bleibt konstant.

Die Unmöglichkeit eines ewigen Motors wird in der Regel als Folge des Energieerhaltungsgesetzes angesehen. Meiers Argumente und Joules Experimente haben die Gleichwertigkeit von mechanischer Arbeit und Wärme bewiesen und gezeigt, dass die freiwerdende Wärmemenge der perfekten Arbeit entspricht und umgekehrt. Helmholtz formulierte zunächst genau das Gesetz der Energieeinsparung. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern verband er das Gesetz der Energieerhaltung mit der Unmöglichkeit der Existenz ewiger Bewegung. Das Prinzip der Unmöglichkeit der ewigen Bewegung wurde von Meyer und Helmholtz als Grundlage für die Analyse verschiedener Energieumwandlungen gelegt. Max Planck betonte in seiner Arbeit Das Prinzip der Energieerhaltung insbesondere die Gleichwertigkeit (und nicht den Kausalzusammenhang) des Prinzips der Unmöglichkeit einer ewigen Bewegung und des Prinzips der Energieerhaltung.

In der Thermodynamik historisch in Form des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik formuliert Erhaltungssatz: die Änderung der inneren Energie eines thermodynamischen Systems bei seinem Übergang von einem Zustand zum anderen ist gleich der Summe der äußeren Kräfte auf das System und die Menge an Wärme an das System übertragen und hängt nicht von der Art und Weise, dass dieser Übergang gemacht, das heißt, Q = ΔU + A. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik wird oft als die Unmöglichkeit formuliert, dass eine Perpetuum Mobile der ersten Art existiert, die funktionieren würde, ohne Energie von irgendeiner Quelle zu beziehen.

Ewige Motoren der zweiten Art

Die klassische Perpetual-Motion-Maschine der zweiten Art bietet die Möglichkeit eines Wärmestaus aufgrund der Arbeit, deren Kosten geringer sind als die aufgenommene Wärme, und der Verwendung eines Teils dieser Wärme, um die Arbeit in dem neuen Zyklus erneut auszuführen. Daher sollte es einen Arbeitsüberschuss geben. Eine andere Variante dieses Motors impliziert die Ordnung der chaotischen Wärmebewegung von Molekülen, wodurch eine gerichtete Bewegung der Materie entsteht, begleitet von einer Abnahme ihrer thermodynamischen Temperatur. Die bekannten Projekte solcher Motoren sind weniger erfunden als beispielsweise Motoren der ersten Art, und Informationen darüber reichen für eine Beschreibung nicht aus. Die überwiegende Mehrheit der Ideen solcher Maschinen ist absurd und widersprüchlich oder gehört zur Klasse der imaginären Perpetuum-Motion-Maschinen (tatsächlich sind sie nicht ewig), sie haben eine geringe Effizienz.

Das zweite von Rudolf Clausius formulierte Hauptsatz der Thermodynamik besagt eindeutig, dass ein Prozess unmöglich ist, dessen einziges Ergebnis die Übertragung von Wärme von einem kälteren auf einen heißeren Körper wäre. Dies bedeutet auch, dass in einem geschlossenen System die Entropie in einem realen Prozess entweder zunimmt oder unverändert bleibt (dh ΔS ≥ 0). Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist ein im Rahmen der Thermodynamik nicht nachweisbares Postulat. Es wurde auf der Grundlage der Verallgemeinerung von experimentellen Fakten erstellt und erhielt zahlreiche experimentelle Bestätigungen.

Die Möglichkeit, die Energie der thermischen Bewegung von Körperteilchen (Wärmespeicher) zu nutzen, um mechanische Arbeit zu erhalten (ohne den Zustand anderer Körper zu verändern), würde die Möglichkeit bedeuten, eine Perpetual Motion Machine zweiter Ordnung zu implementieren, deren Arbeit nicht dem Gesetz der Energieeinsparung widerspricht. Beispielsweise widerspricht der Betrieb eines Schiffsmotors durch Kühlung von Meerwasser (einem verfügbaren und praktisch unerschöpflichen Reservoir an interner Energie) nicht dem Gesetz der Energieeinsparung, doch wenn sich außer Kühlwasser keine weiteren Änderungen ergeben, widerspricht der Betrieb eines solchen Motors dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. In einer realen Wärmekraftmaschine ist der Prozess der Umwandlung von Wärme in Arbeit mit der Übertragung einer bestimmten Wärmemenge an die Umgebung verbunden. Infolgedessen wird der Wärmespeicher des Motors gekühlt und die kältere äußere Umgebung erwärmt, was mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik übereinstimmt.

Imaginäre Perpetual Motion Maschine

Abbildung 12

In den 60er Jahren. XX Jahrhundert. Die Weltsensation wurde durch ein Spielzeug ausgelöst, das in der UdSSR den Namen "immer trinkender Vogel" oder "Vogel Hottabych" erhielt. Ein dünner Glaskolben mit einer horizontalen Achse in der Mitte wird in einem kleinen Behälter verschlossen. Das freie Ende des Kegels berührt fast seinen Boden. Im Kolben befindet sich eine gewisse Menge Äther (im unteren Teil), der obere leere Teil des Kolbens ist außen mit einer dünnen Schicht Watte verklebt. Sie stellen ein Gefäß mit Wasser vor das Spielzeug, kippen es und zwingen es zum „Trinken“ (Abb. Nr. 12). Dann arbeitet der Mechanismus selbständig: Mehrmals pro Minute beugt er sich mit Wasser auf das Gefäß zu, bis das Wasser abläuft.

Der Mechanismus dieses Phänomens ist klar: Die Flüssigkeit im unteren Hohlraum verdampft unter dem Einfluss von Raumwärme, der Druck steigt und verdrängt die Flüssigkeit in das Rohr. Der obere Teil der Konstruktion überwiegt, biegt sich, der Dampf wandert zur oberen Kugel. Der Druck lässt nach, die Flüssigkeit kehrt in das niedrigere Volumen zurück, das überwiegt und den „Vogel“ in seine ursprüngliche Position zurückbringt.

Auf den ersten Blick ist der zweite Hauptsatz der Thermodynamik gestört: Es gibt keinen Temperaturunterschied, das Auto nimmt nur Wärme aus der Luft auf. Wenn der Kolben jedoch mit Wasser das Gefäß erreicht, verdunstet das Wasser der feuchten Baumwolle stark und kühlt die obere Kugel ab. Zwischen dem oberen und dem unteren Gefäß besteht ein Temperaturunterschied, aufgrund dessen die Bewegung erfolgt. Wenn die Verdunstung aufhört (Watte trocknet oder die Luftfeuchtigkeit den Taupunkt erreicht, dh die Temperatur, auf die die Luft abgekühlt werden muss, damit der darin enthaltene Wasserdampf die Sättigung erreicht und zu kondensieren beginnt), bleibt die Maschine in völliger Übereinstimmung mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik stehen. Die Leistung eines solchen Motors ist aufgrund eines geringen Temperatur- und Druckunterschieds, bei dem der Vogel arbeitet, sehr gering.

Perpetuum Mobile als kommerzielle Projekte

Zweifellos wurden ewige Motoren, die von alten Zeiten an in Geheimnisse gehüllt waren, Erfindungen und Handlungen nicht nur für den praktischen Gebrauch geschaffen. Zu allen Zeiten gab es Betrüger und Träumer, die nicht nur mehr als 100% Energie gewinnen wollten.

Einer der bekanntesten "Betrügereien des Jahrhunderts" ist die Perpetuum Motion Machine von Johann Bessler (1680-1745).

Abbildung 13

Abbildung 14

Unter dem Pseudonym Orphireus demonstrierte der sächsische Ingenieur am 17. November 1717 in Anwesenheit bekannter Physiker eine Maschine mit einem Wellendurchmesser von mehr als 3,5 m.

Als zwei Monate später dasselbe passierte, wurde Bessler europaweit berühmt. Der Erfinder erklärte sich bereit, das Auto an Peter I zu verkaufen, was jedoch nicht geschah. Dies hinderte Bessler jedoch nicht daran, mit den durch die Vorführung des Motors erzielten Mitteln komfortabel zu leben. Der Motor ist ein großes Rad, das sich dreht und gleichzeitig eine schwere Last auf eine beträchtliche Höhe hebt (Abb. Nr. 13).

Die Erfindung hat viele Streitigkeiten und ungelöste Probleme verursacht. Das wichtigste von ihnen - das Wirkprinzip - war der Öffentlichkeit nicht bekannt. Unglaubliche Skeptiker sind daher zu dem Schluss gekommen, dass das Geheimnis in der Tatsache liegt, dass die geschickt versteckte Person das Seil, das für den Betrachter unmerklich aufgewickelt ist, an dem verborgenen Teil der Radachse zieht. Und ihre Erwartungen wurden erfüllt: Bald enthüllte Besslers Dienstmädchen das Geheimnis:

der Motor funktionierte tatsächlich nur mit Hilfe von Dritten (Abb. Nr. 14).

Ein weiterer bekannter Fall, bei dem die Perpetual Motion Machine „nicht für den vorgesehenen Zweck“ eingesetzt wurde: In einer der Städte installierte ein Café ein „ewig“ drehendes Rad, das natürlich über einen Mechanismus gestartet wurde, um Kunden anzulocken.

Einige Entwickler von Perpetual Motion-Ideen in chronologischer Reihenfolge:

1. Bhaskara Acharya (1114–1185), Dichter, Astronom, Mathematiker.
2. Villars de Onnecourt (XIII Jahrhundert), Architekt.
3. Nikolay Kuzansky (1401–1464), Philosoph, Theologe, kirchenpolitische Figur.
4. Francesco di Giorgio (1439–1501), Maler, Bildhauer, Architekt, Erfinder, Militäringenieur.
5. Leonardo da Vinci (1452–1519), Maler, Bildhauer, Architekt, Mathematiker, Physiker, Anatom, Naturforscher.
6. Giambattista Port (1538 - 1615), Philosoph, Optiker, Astrologe, Mathematiker, Meteorologe.
7. Cornelius Drebbel (1572–1633), Physiker, Erfinder.
8. Athanasius Kircher (1602–1680), Physiker, Sprachwissenschaftler, Theologe, Mathematiker.
9. John Wilkins (1614–1672), Philosoph, Sprachwissenschaftler.
10. Danny Papen (1647–1712), Mathematiker, Physiker, Erfinder.
11. Johann Bessler (1680–1745), Maschinenbauingenieur, Arzt, Betrüger.
12. David Brewster (1781–1868), Physiker.
13. Wilhelm Friedrich Ostwald (1853–1932), Physiker, Chemiker, idealistischer Philosoph.
14. Victor Schauberger (1885–1958), Erfinder.

Fazit

Im Jahr 1775 entschied die französische Akademie, keine Angebote für unbefristete Bewegungen zu berücksichtigen, und fällte ein endgültiges Urteil: Es ist absolut unmöglich, einen Motor für unbefristete Bewegungen zu bauen. In der gesamten Geschichte der Perpetual Motion Engine wurden mehr als 600 Projekte erfunden, die meisten davon in der Zeit, als die Gesetze der Thermodynamik und der Energieeinsparung bekannt wurden.

Natürlich waren die Bemühungen zahlreicher Schöpfer von Perpetual-Motion-Maschinen nicht umsonst. Beim Versuch, das Unmögliche zu konstruieren, fanden sie viele interessante technische Lösungen, erfanden Mechanismen und Geräte, die noch im Maschinenbau eingesetzt werden. In der fruchtlosen Suche nach ewiger Bewegung wurden die Grundlagen der Ingenieurwissenschaften geboren und die Gesetze, die ihre Existenz verweigerten, bestätigt.