• Perpetuum mobile pierwszego rodzaju  - silnik (maszyna wyimaginowana), zdolny do ciągłej pracy bez kosztów paliwa lub innych zasobów energetycznych. Ich istnienie przeczy pierwszej zasadzie termodynamiki. Zgodnie z prawem zachowania energii
• Perpetuum mobile drugiego rodzaju  - wyimaginowana maszyna, która po uruchomieniu zamieni całe ciepło w pracę, wydobytą z otaczających ciał (patrz Demon Maxwella). Zaprzeczają drugiej zasadzie termodynamiki. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki wszystkie próby stworzenia takiego silnika są skazane na niepowodzenie.

Historia

Indyjski lub arabski perpetuum mobile z małymi ukośnie ustawionymi naczyniami, częściowo wypełniony rtęcią.

Próby przestudiowania miejsca, czasu i przyczyny idei perpetuum mobile są bardzo trudnym zadaniem. Nie mniej trudno wymienić i pierwszego autora takiego planu. Najwcześniejsza informacja o Perpetuum mobile jest najwyraźniej wzmianką w indyjskim poecie, matematyku i astronomie Bhaskara, a także w notatkach z XVI-wiecznych arabskich manuskryptów przechowywanych w Leiden, Gotha i Oksfordzie. Obecnie Indie są uważane za przodek pierwszych maszyn perpetum mobile. Tak więc Bhaskara w swoim wierszu, datowanym na około 1150 r., Opisuje rodzaj koła z długimi, wąskimi naczyniami w połowie wypełnionymi rtęcią, przymocowanymi ukośnie wzdłuż krawędzi. Zasada działania tego pierwszego mechanicznego perpetuum mobile opierała się na różnicy w momentach grawitacji wytworzonych przez płyn poruszający się w naczyniach umieszczonych na obwodzie koła. Bhaskara usprawiedliwia obrót koła bardzo prosto: „Koło wypełnione w ten sposób płynem, zamontowane na osi leżącej na dwóch stałych podporach, obraca się samoistnie”. Pierwsze projekty perpetuum mobile w Europie należą do epoki rozwoju mechaniki, około XIII wieku. W XVI i XVII wieku idea maszyny perpetum mobile stała się szczególnie rozpowszechniona. W tym czasie liczba projektów wieczystych złożonych do urzędów patentowych krajów europejskich gwałtownie wzrosła. Wśród rysunków Leonarda Da Vinci znaleziono grawerunek z rysunkiem perpetuum mobile.

Nieudane projekty wieczystego ruchu z historii.

Rys. 1. Jedna z najstarszych konstrukcji perpetuum mobile.

Na rys. 1 pokazuje jedną z najstarszych konstrukcji perpetuum mobile. Reprezentuje koło zębate w zagłębieniach, których ciężary są zawieszone na zawiasach. Geometria zębów jest taka, że ​​ciężary po lewej stronie koła zawsze pojawiają się bliżej osi niż po prawej stronie. Według autora to, zgodnie z prawem dźwigni, musiałoby doprowadzić koło do stałej rotacji. Podczas rotacji obciążniki składałyby się w prawo i oszczędzały siłę napędową.

Jeśli jednak takie koło zostanie wyprodukowane, pozostanie bez ruchu. Różnicową przyczyną tego faktu jest to, że chociaż obciążenia po prawej stronie mają dłuższą dźwignię, jest ich więcej po lewej stronie. W rezultacie momenty sił po prawej i lewej stronie są równe.

Rys. 2. Projekt wieczystego ruchu, oparty na prawie Archimedesa

Na rys. 2 pokazuje urządzenie innego silnika. Autor postanowił wykorzystać prawo Archimedesa do generowania energii. Prawo mówi, że ciała, których gęstość jest mniejsza niż gęstość wody, mają tendencję do spływania na powierzchnię. Dlatego autor umieścił puste łańcuchy na łańcuchu i umieścił prawą połowę pod wodą. Wierzył, że woda popchnie je na powierzchnię, a łańcuch z kołami będzie się obracał bez końca.

Nie bierze się tutaj pod uwagę następujących czynników: siła wyporu to różnica między ciśnieniami wody działającymi na dolną i górną część zanurzonego obiektu. W konstrukcji przedstawionej na rysunku różnica ta będzie wypychać zbiorniki znajdujące się pod wodą po prawej stronie obrazu. Ale na najniższym zbiorniku, który zamyka otwór, tylko ciśnienie będzie działać na jego prawej powierzchni. I przekroczy całkowitą siłę działającą na pozostałe zbiorniki. Dlatego cały system po prostu obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż woda wyleje się.

Patenty i certyfikaty praw autorskich na wiecznym silniku

Literatura

• Voznesensky N.N. O maszynach perpetum mobile. M., 1926.
• Ihak-Rubiner F. Perpetuum mobile. M., 1922.
• Kirpichev V.L. Rozmowy na temat mechaniki. M: GITL, 1951.
• Max E. Zasada oszczędzania: historia i jej korzeń. SPb., 1909.
• Michał S. Wieczny ruch wczoraj i dziś.. M: Mir, 1984.
• Ord-Hume A. Perpetum mobile. Historia jednej obsesji. M.: Knowledge, 1980.
• Perelman Ya. I. Zabawna fizyka. Prince 1 i 2. M: Science, 1979.
• Petrunin U. Dlaczego idea perpetuum mobile nie istniała w starożytności? // Petrunin Yu.Yu. Duch Konstantynopola: trudne wyzwania w kulturze rosyjskiej i europejskiej. - M.: KDU, 2006, s. 75-82

Uwagi

Fundacja Wikimedia. 2010

Zobacz, co „perpetum mobile drugiego rodzaju” znajduje się w innych słownikach:

  - ... Wikipedia

Perpetuum mobile (łac. Perpetuum mobile ruch ciągły), 1) V. pierwszego rodzaju, wyimaginowana maszyna, do nieba, po uruchomieniu, wykona pracę na czas nieokreślony przez długi czas bez zużywania energii z zewnątrz. V. d. Pierwszego rodzaju ... ... Duży encyklopedyczny słownik politechniczny

Perpetuum mobile  - (Latin perpetuum mobile) wyobrażona maszyna, która może wykonywać pracę w nieskończoność bez pożyczania energii z zewnątrz. Niemożność perpetuum mobile pierwszego rodzaju jest jednym z sformułowań pierwszej zasady termodynamiki. Niemożność wiecznego ... ... Koncepcje współczesnej nauki. Słownik terminów podstawowych

Mitologia nauki to system wiedzy sakralnej w nauce, powszechne, masowe urojenia. Mity w nauce powstają, gdy jest upowszechniane. Aby przekazać zwykłemu czytelnikowi fakty naukowe lub odkrycia w przystępnej formie, autorzy naukowo ... ... Wikipedia

Perpetuum mobile (łac. Perpetuum Mobile) to wyimaginowane urządzenie, które pozwala uzyskać użyteczną pracę, więcej niż ilość przekazywanej energii (wydajność ponad 100%). Spis treści 1 Nowoczesna klasyfikacja perpetum mobile 2 Historia ... Wikipedia

TERMODYNAMIKA  - THERMODYNAMICS, dział teorii ciepła, w szerokim tego słowa znaczeniu, teorii energii i dlatego odnosi się do wszystkich fizycznych, chemicznych i biolowych. zjawiska. Jest zbudowany na dwóch pozycjach, zwanych początkami, doświadczonymi, otrzymanymi, obcymi przez co ... ... Wielka encyklopedia medyczna

Nauka o naib. makroskopowe ogólne sv wah. fizyczny systemy w stanie termodynamicznym. równowaga i procesy przejścia między tymi stanami. T. opiera się na fundamencie. zasady (początki), do ry yavl. uogólnienie wielu obserwacje i ... ... Encyklopedia fizyczna

  - (Thomson) (w 1892 roku za osiągnięcia naukowe otrzymał tytuł Barona Kelvina, Kelvina) (1824 1907), angielski fizyk, członek (1851) i prezydent (1890 1895) Królewskiego Towarzystwa Londyńskiego, zagraniczny członek korespondenta (1877) i zagraniczny członek honorowy ... ... Słownik encyklopedyczny

Sekcja fizyki stosowanej lub teoretycznej inżynierii cieplnej, w której bada się transformację ruchu w ciepło i odwrotnie. Termodynamika dotyczy nie tylko kwestii dystrybucji ciepła, ale także zmian fizycznych i chemicznych związanych z ... Encyklopedia Collier

Perpetuum mobile drugiego rodzaju.

Jak wiadomo, prawo zachowania energii można sformułować w następującej, nieco zmodyfikowanej formie: we wszystkich procesach konwersji energii suma wszystkich rodzajów energii zaangażowanych w ten proces powinna pozostać niezmieniona. Takie sformułowanie, chociaż nie pozwala na tworzenie energii z niczego, pozostawia jednak inny sposób realizacji ruchu wieczystego, którego zasada opierałaby się na idealnej transformacji jednej formy energii w drugą. Dlatego można zaproponować na przykład taki cykl roboczy: nawet w silniku parowym (turbina, silnik spalinowy lub inny silnik cieplny) wydajemy pewną ilość ciepła na wykonanie pewnych prac mechanicznych; ponadto uzyskana energia mechaniczna jest ponownie przekształcana w ciepło, ogrzewając parę wodną i zasilając silnik parowy (turbinę) itp. Jest oczywiste, że taki cykl konwersji energii można powtarzać w nieskończoność: energia tego systemu nie wzrasta i nie zmniejsza się z czasem.

Badanie problemu perpetuum telefonów komórkowych tego typu na początku XX wieku. szczegółowo studiował słynny niemiecki chemik fizyczny Wilhelm Ostwald . Idealna maszyna opisana powyżej, zdolna do cyklicznego i bez strat konwertowania energii z jednej postaci na drugą, nazwał perpetuum mobile drugiego rodzaju. To prawda, jak wynika z samej nazwy, nawet po odmowie możliwości stworzenia perpetuum mobile pierwszego rodzaju, problem ruchu wieczystego wciąż pozostaje otwarty. W tym przypadku jednak oba te typy perpetum mobile różnią się znacznie od siebie. O ile funkcja perpetuum mobile pierwszego rodzaju zapowiedziana przez naukowców miała na celu ciągłe wykonywanie użytecznej pracy bez uzupełniania energii ze źródeł zewnętrznych, o tyle wyznaczenie perpetuum mobile drugiego rodzaju wydawało się zupełnie inne - ta maszyna wymagała jedynie zdolności do doskonałej transformacji energii.

W związku z dyskusją na temat silnika wieczystego ruchu drugiego rzędu, przedmiotem dyskusji był ponownie efekt prawa zachowania energii. Wiadomo z kursu fizyki, że to prawo stosowane w procesach termicznych jest treścią pierwszej zasady termodynamiki. Rzeczywiście, pierwsze prawo zapewnia równoważność energii cieplnej i mechanicznej, ale nie mówi nic o kierunku, w którym powinny zachodzić procesy konwersji energii. Czy wyrzucamy kamień ze skały w otchłań, zamieniamy eksplozję energii chemicznej zgromadzonej w materiałach wybuchowych w energię mechaniczną, światło i ciepło, spalamy paliwo, aby ogrzać nasze domy - wszystko to są regularne zmiany w formach energii. Ale jednocześnie prawo zachowania energii nie zabrania przepływu żadnego z tych procesów w przeciwnym kierunku, co wyraźnie przeczy naszemu praktycznemu doświadczeniu. Tak więc bezkrytyczne stosowanie tego prawa prowadzi nas do absurdalnych wniosków.

Podajmy jeszcze jeden przykład. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, ciepło jest równoważne energii mechanicznej, dlatego bez sprzeczności z pierwszym prawem, możliwe jest zbudowanie maszyny, która pobiera ciepło z ciała, które ma temperaturę otoczenia lub, na przykład, pobiera ciepło z dużych zbiorników i działa ta praca mechaniczna. Jednocześnie nawet niewielkie ochłodzenie wody w stawie uwolniłoby ogromną ilość energii cieplnej, która mogłaby zostać przekształcona w elektryczną lub, co więcej, w energię mechaniczną. Na przykład, chłodząc wodę zawartą w stawie o powierzchni 120 m2 i głębokości 1,9 m na 1 ° C, uzyskalibyśmy energię równą 954 kJ . Jeśli teraz przekształcimy otrzymaną energię mechaniczną z powrotem w ciepło, powstanie zamknięty cykl konwersji energii, oparty na zasadzie perpetuum mobile drugiego rodzaju. Jedyne pytanie brzmi, czy maszyny realizujące ten idealny cykl transformacji są wykonalne w praktyce, ponieważ w życiu codziennym nigdy nie spotykamy takich zjawisk.

Z własnego doświadczenia wiemy, że w ciepłym pomieszczeniu butelka mleka wyjęta z lodówki nagrzewa się, a szklanka gorącej herbaty ostygnie. Ponadto zimny płyn po podgrzaniu niepostrzeżenie obniża temperaturę powietrza w pomieszczeniu, a gorąca zwiększa go. Jest oczywiste, że w tych procesach nie znajdujemy nic zaskakującego. Jednocześnie nigdy nie zdarza się, aby zimne ciało naturalnie się ochładzało lub gorące ciało było gorące. W przypadku takiego chłodzenia stosowane są specjalne jednostki chłodnicze, które jednak wymagają stałego dostarczania energii ze źródeł zewnętrznych. Jednocześnie samorzutne chłodzenie zimnego ciała lub ogrzewanie gorącego ciała wcale nie przeczy pierwszej zasadzie termodynamiki. Dlatego oczywiste jest, że brzmienie tego prawa powinno zostać w jakiś sposób wyjaśnione i uzupełnione.

Problem wykorzystania ciepła przez schładzanie zbiorników wodnych naszej planety był cytowany przez V. Ostwalda jako typowy przykład demonstrujący nierealność idei perpetuum mobile drugiego rodzaju. W swojej książce „ Chemia ogólna”, Opublikowany w 1893 r., Napisał:

„Zazwyczaj nie zdajemy sobie sprawy, że twierdzenie perpetuum mobile można interpretować na dwa sposoby. Z jednej strony - pojawia się częściej - możliwe byłoby zbudowanie perpetuum mobile (co oznacza perpetuum mobile pierwszego rodzaju), z jego pomocą w generowaniu określonej energii i używaniu jej, na przykład, do napędzania dowolnej maszyny. Dowód na niemożliwość takiego procesu prowadzi nas do pierwszego podstawowego prawa energii, które mówi, że energii nie można stworzyć ani zniszczyć. Perpetuum mobile może jednak zostać aktywowany w inny sposób, bez generowania energii, jeśli byłoby możliwe włączenie do procesu transformacji ogromnej ilości niewykorzystanej energii, która jest ukryta w naturze. Na przykład, gdyby można było przekształcić duże rezerwy energii cieplnej zawartej w wodach Oceanu Światowego w energię mechaniczną, która ostatecznie zostałaby przekształcona w energię cieplną, wówczas zrealizowalibyśmy perpetuum mobile drugiego rzędu. Jest to oczywiście niemożliwe, ponieważ te zapasy ciepła, manifestowane zewnętrznie w postaci stałej temperatury Ziemi, pozostają niezmienione ”.

Inny niemiecki fizyk Rudolf Clausius poświęcił też wiele czasu na studiowanie problemów termodynamiki. W szczególności doszedł do wniosku, że energia naszego świata pozostaje niezmieniona. Jednocześnie stwierdził ważne twierdzenie o tendencji entropii układu zamkniętego do maksimum. Aby lepiej zrozumieć znaczenie tego twierdzenia, spróbujmy dokładniej wyjaśnić znaczenie pojęcia entropii, pomijając jej rygorystyczne sformułowanie matematyczne. Najważniejszą właściwością entropii jest to, że nie zmienia się w odwracalnych procesach fizycznych, tj. w idealnych procesach, które mogą przebiegać w obu kierunkach bez utraty energii. Praktyczne doświadczenie pokazuje, że w rzeczywistych zjawiskach fizycznych zawsze występują pewne czynniki, na przykład siły bierne (tarcie), z powodu wpływu, którego część przekształcanej energii, zamieniając się w ciepło, jest bezpowrotnie tracona na następną fazę tego cyklu transformacji. Takie straty są określane jako „martwa” energia, o „ amortyzacja„Energia lub jej redukcja” cechy„ Pod tym względem energia cieplna zajmuje ostatnie miejsce w szeregu różnych rodzajów energii, ponieważ w każdym procesie jej przemiany powstaje ciepło, którego nie można już przekształcić w żadną wyższą formę energii.

Rozumowania tego rodzaju, stosowane w naszym świecie jako całości, doprowadziły do ​​stworzenia idei o tzw śmierć termiczna wszechświata do czego dąży cały świat. W szczególności powinno to objawiać się wzrostem temperatury atmosfery ziemskiej i samej planety w wyniku wytwarzania ciepła podczas dowolnego naturalnego procesu konwersji energii.

W innej interpretacji entropia jest uważana za miarę „rozproszenia” energii w systemie. Ta interpretacja entropii opiera się na fakcie, że w każdym procesie, który zachodzi w systemie zamkniętym, tylko część energii systemu jest przekształcana, podczas gdy reszta jest rozpraszana w ciepło, a więc nie może być odzyskana. Miara takich strat lub „ rozpraszanieEnergia i przyrost entropii. W tym przypadku wartość liczbowa entropii jest proporcjonalna do ilości energii przekazanej do wewnętrznej energii ciał zaangażowanych w proces, tj. w cieple.

To właśnie ten rodzaj rozpraszania energii stanowi przeszkodę we wdrażaniu perpetuum mobile, które działają bez uzupełniania rezerw energii z zewnątrz. Na przykład rozpraszanie energii w mechanizmie napędowym silnika parowego i w samym kotle, gdzie para nagrzewa się, aby ją uruchomić, uniemożliwia opisaną powyżej maszynę perpetum drugiego rzędu. Rzeczywiście, podgrzana para z kotła uruchomi silnik parowy. Wyobraź sobie, że mechanizm napędowy tej maszyny jest wykonany tak, że energia jego ruchu jest całkowicie przekształcona w ciepło dostarczane z powrotem do kotła silnika parowego. Tak więc w tym pozornie idealnym systemie, właśnie ze względu na obecność strat, nastąpi stały spadek energii roboczej, w wyniku czego temperatura i ciśnienie pary w kotle spadną, a wraz z nimi zmniejszy się również moc silnika parowego.

Inni wynalazcy perpetuum mobile zasugerowali na przykład połączenie dwóch mechanizmów zegarowych, tak aby sprężyna drugiego uruchomiła jedną z nich - dałoby to możliwość uzyskania „wiecznego” systemu chronometrycznego, który zasadniczo nie byłby sprzeczny z prawem zachowania energii. Praktyczne doświadczenie obaliło jednak tę możliwość, ponieważ taki ciągły silnik zatrzymał się, gdy porównano siły napędowe obu sprężyn. Co więcej, nawet jeśli założymy, że za pomocą odpowiednich zmian w projekcie, możemy osiągnąć transfer znacznej części energii z jednej sprężyny na drugą, wówczas nie bylibyśmy w stanie niczego osiągnąć - właśnie z powodu wpływu wspomnianego już rozpraszania energii, które towarzyszy każdemu cyklowi pracy.

Tak więc, używając koncepcji entropii, sformułowano inne ważne prawo, wraz z prawem zachowania energii, rzucając światło na problem silnika wieczystego ruchu drugiego rzędu. Jednym z jego sformułowań jest twierdzenie Clausiusa o dążeniu do entropii układu zamkniętego do maksimum.

Inna równoważna formuła mówi, że niemożliwe jest stworzenie urządzenia, które stale wykonuje pracę mechaniczną z powodu ciepła i zamienia otrzymaną energię mechaniczną z powrotem w ciepło. . To prawo nazywa się drugą zasadą termodynamiki. Druga zasada termodynamiki odrzuca również możliwość uzyskiwania energii przez ciała chłodzące poniżej temperatury otoczenia. Aby więc przekształcić ciepło w inną formę energii (na przykład energię mechaniczną), musimy mieć grzejnik (kocioł) i kondensator (lodówka). Im większa różnica temperatur w podgrzewaczu i skraplaczu, tym większa część ciepła, która może zostać przekształcona w użyteczną pracę. Jeśli ta różnica jest równa zero, to ilość wykonanej pracy będzie wynosić zero.

Druga zasada termodynamiki  eliminuje niekompletność prawa zachowania energii, która nie odróżniała procesów odwracalnych i nieodwracalnych, a tym samym pozostawiała widmową nadzieję tym, którzy nie chcieli znosić niemożliwości stworzenia perpetuum mobile.

Ponadto druga zasada termodynamiki wprowadza zakaz urządzeń perpetum mobile podobnych do perpetuum mobile drugiego rodzaju, ale opiera się na transformacji innych rodzajów energii. Na przykład, wieczna praca pary elektromotor-generator siedzącej na jednym wale, która działałaby zgodnie z następującym schematem, jest niemożliwa: prąd elektryczny wytwarzany przez generator napędza silnik elektryczny do obracania się, a energia mechaniczna silnika elektrycznego jest z kolei przekształcana w generator elektryczny. Jeśli oba elementy tej pary działały ze współczynnikiem sprawności 100% (co oczywiście jest niemożliwe ze względu na występujące w nich straty elektryczne i mechaniczne), wtedy taki system musiałby utrzymywać stały ruch. Nie można go jednak w żaden sposób wykorzystać w celach praktycznych, ponieważ rozpoczynając wybieranie użytecznej pracy z tego urządzenia, naruszylibyśmy jego bilans energetyczny, a system się zatrzymał.

Ten często cytowany przykład systemu literaturowego generator silnika  wielokrotnie służył jako prototyp wielu innych, prostszych projektów. To prawda, że ​​dzięki takim uproszczeniom niemożliwość perpetuum mobile typu „generator-silnik” staje się jeszcze wyraźniejsza. W końcu możliwe jest na przykład zastąpienie silnika i generatora systemem dwóch połączonych kół pasowych. Wreszcie, możesz ograniczyć się do nawet jednego koła pasowego, biorąc pod uwagę, że jedna połowa jest jako prowadząca, a druga jako element napędzany. Można wymyślić dziesiątki podobnych konstrukcji, ale wynik zawsze będzie tylko jeden, ponieważ dla wszystkich tych silników wieczystych, zarówno prostych, jak i złożonych, druga zasada termodynamiki ogłosiła już swój werdykt.

Dla zachowania rygorystyczności warto zauważyć, że prawo to ma charakter statystyczny i ma zastosowanie tylko do obiektów makroskopowych. W szczególności nie można go używać do opisywania ruchu cząsteczek lub małych cząstek substancji ( ruchy Browna). Ponadto stały ruch termiczny, który określa wewnętrzną energię ciał makroskopowych, nie może służyć jako źródło energii do wykonywania użytecznej pracy.

Prędkość, z jaką ludzkość zamienia wszystkie inne formy energii w ciepło, zaczyna zagrażać istnieniu cywilizacji. „Śmierć termiczna” w dającej się przewidzieć przyszłości, ze względu na stale rosnące zużycie energii i jej późniejsze rozproszenie w postaci ciepła, już wydaje się nieunikniona przy jednoczesnym zachowaniu obecnych wskaźników rozwoju gospodarczego. Ale jeśli ludzkość próbuje je spowolnić, przejdzie przez prawa ewolucji i nadal ginie.

Czy jest jakieś wyjście? Możliwe, że nie jest jeszcze widoczne z powodu niezrozumienia jednej zasady fizycznej. Przekształcenie zużycia energii w cyrkulację energii umożliwiłoby w zasadzie zwiększenie jej intensywności bez zakłócania równowagi z medium. Potwierdzają to doświadczenia świata organicznego, który przez tysiąclecia, utrzymując masę biosfery mniej więcej na stałym poziomie, wielokrotnie wzrastał w trakcie swojej ewolucji, roczne zużycie materii i energii. W dzisiejszych czasach masy materii, którą przechodzi przez niego każdego roku przez siebie, są porównywalne z masą skorupy ziemskiej i według niektórych szacunków ją przekraczają.

Perpetuum mobile drugiego rodzaju jest niemożliwe?

Ponieważ prawie cała zużywana przez nas energia prędzej czy później rozprasza się w postaci ciepła, dlatego grozi nam „śmierć termiczna”, ponieważ cykl energetyczny musi przyjąć formę cyklu cieplnego. Innymi słowy, musimy nauczyć się zbierać rozpraszane ciepło, aby ponownie wykorzystywać jego energię.

Idealny silnik cieplny jest uważany za ten, który teoretycznie rozwinął w 1824 r. Francuski fizyk Sadi Carnot (Nicolas Léonard Sadi Carnot, 1796-1832). Jego ideał polega na tym, że wydajność (EFF) każdej innej maszyny korzystającej z tej samej chłodziarki i grzejnika będzie mniejsza niż w przypadku maszyny, którą wynalazła. A fakt, że wydajność jego samochodu różni się od jednostki, wynika z faktu, że ma lodówkę: po otrzymaniu pewnej energii z grzejnika (na przykład w postaci ciepła ze spalania paliwa), płynu roboczego (w idealnej maszynie jest oczywiście gaz idealny) wykonując pożyteczną pracę, całkowicie bezużyteczne jest oddawanie części swojej energii w postaci ciepła do lodówki.

Obecnie do zbierania rozproszonego ciepła wykorzystywane są elektrownie typu klasycznego (z lodówką) - elektrownie geotermalne i hydrotermalne oraz pompy ciepła o wydajności niższej niż Carnot.

Oczywiście, wykorzystanie ciepła rozproszonego jest możliwe tylko dlatego, że medium jest nierównomiernie ogrzewane, to znaczy ze zmianami temperatury, które są wykorzystywane przez gromadzące ciepło silniki cieplne. Ponieważ wielkość tych różnic jest niewielka, wydajność klasycznych silników cieplnych jest ograniczona do zbyt małych wartości. Dlatego cykl cieplny w sektorze energetycznym może stać się rzeczywisty tylko wtedy, gdy opiera się na elektrowniach bez lodówki, których wydajność nie byłaby ograniczona wydajnością Carnota.

Takie elektrownie nazywane są maszynami perpetum mobile drugiego rodzaju. Uważa się, że są one zabronione przez drugą zasadę termodynamiki. Jednak groźba „śmierci na ciepło” sprawia, że ​​uważamy argumenty w ich obronie za jak najbardziej współczujące.

Sytuacja nie jest beznadziejna. Nie może być tak, że przez miliony i miliardy lat prawa ewolucji nakłaniały świat organiczny, a następnie ludzkość, do rozwoju w pewnym kierunku (w kierunku intensyfikacji konsumpcji materii i energii), a wtedy ten rozwój nagle spotkałby się z prawem fizyki, które uniemożliwienie krążenia ciepła, skazałoby ludzkość na śmierć. Wydaje się, że prawa ewolucji i fizyki zawarte są w jednym i spójnym zestawie praw natury. Jeśli rzeczywiście tak jest, to zakaz używania perpetum mobile drugiego rodzaju powinien być nie do utrzymania.

Błędy klasyki

Jeśli jednak tlen jest mieszany z wodorem w tej samej temperaturze, wzrost entropii nie będzie związany z wymianą ciepła. Gdy zimny wodór miesza się z gorącym tlenem, entropia będzie rosła z powodu wyrównania temperatury i z powodu prostego mieszania (dyfuzji). Problem polega na tym, że w pewnych warunkach wzrostowi całkowitej entropii może towarzyszyć spadek jednego ze składników - na przykład ciepła.

Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie ma prawo rosnącej entropii całkowitej, a „prawo” rosnącej entropii termicznej nie ma zastosowania. Ponieważ w ten sposób entropia termiczna może się zmniejszyć, przekształcenie ciepła w inne formy energii może nastąpić ze spadkiem entropii termicznej, jeśli wystąpiłby tylko pełny wzrost. Oznacza to, że transformacja ciepła w inne formy energii może być zakończona, to znaczy może wystąpić bez kompensacji termicznej.

Obowiązek lodówki dla każdego silnika cieplnego tłumaczy się koniecznością zapewnienia wzrostu entropii termicznej. Zniesienie „prawa” jego wzrostu sprawia, że ​​zakaz urządzeń perpetum mobile drugiego rodzaju jest nie do utrzymania, co otwiera drogę do tworzenia energii, zbudowanej na cyklu ciepła.

O projektach maszyn perpetum mobile drugiego rodzaju

Dzisiaj istnieje wiele dziesiątek takich projektów. Jednak wszystkie z nich są bezkrytycznie i a priori deklarowane jako sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki, a zatem niegodne krytycznej analizy. W rezultacie ich autorzy zmuszeni są do „gotowania” w swoim środowisku, co oczywiście uniemożliwia im stanie się przedmiotem racjonalnej krytyki i zmniejsza poziom naukowy ich tekstów, często do niedopuszczalnie niskiego poziomu. Bardzo trudno jest oddzielić chwasty od żyta. Opowiem tylko o jednym takim projekcie, którego idea wydaje mi się warta dyskusji.

Umieścimy zbieżną rurę w kierunku przeciwnym do wiatru w atmosferze, w której powietrze będzie przyspieszane z powodów „geometrycznych”, takich jak powietrze w szczelinie między skałami lub w wąskim przejściu między domami. Taki przepływ w przybliżeniu gazu idealnego jest opisany równaniem Bernoulliego, znanym w dwóch podstawowych postaciach. Zgodnie z pierwszym, przyspieszeniu gazu wzdłuż linii prądu towarzyszy spadek jego ciśnienia, zgodnie z drugim - przez spadek temperatury. Pierwszy efekt zapewnia siłę nośną skrzydła, drugi, przypuszczalnie, można ułożyć w podstawie maszyny perpetuum mobile drugiego rodzaju.

W rzeczywistości chłodzenie strumienia gazu oznacza zmniejszenie ilości zawartego w nim ciepła, przyspieszenie - zwiększenie jego energii kinetycznej. Energia cieplna jest tutaj bezpośrednio przekształcana w kinetykę, nie ma lodówki. Chłodzenie przepływu gazu następuje ze spadkiem jego entropii termicznej, która jest kompensowana przez wzrost nietermicznej entropii związanej ze spadkiem ciśnienia.

Zwężająca się rura może być dostarczona z turbiną, zamieniając ją w elektrownię. Rosyjscy wynalazcy Michaił Andriejewicz Egorow, Igor Siergiejewicz Orłow i Emmanuel Avraamovich Sobol otrzymali patent na „instalację elektrowni wiatrowych” tego rodzaju. Ich instalacja przypomina rysunki z beczkowego garnka, zawieszone wzdłuż strumienia powietrza i odbierające je w sobie za pomocą otworu w kształcie pierścienia.

Czytelnik, który posiada niezbędną bazę eksperymentalną (której autor nie posiada), może sam założyć experum crucis, używając na przykład filmu do szklarni przymocowanych do drucianej ramy w celu skonstruowania stożkowej rury.

Wydaje mi się, że instalacja Egorova-Orłowa-Sobola może być również dostosowana do środowiska wodnego, gdzie może mieć większą moc, ponieważ jednostka objętości zbiorników lądowych zawiera znacznie więcej ciepła niż jednostka objętości atmosfery.

Ale nie chodzi o to, czy ta konkretna konstrukcja działa. Moje zadanie nie obejmuje prezentacji projektów maszyn perpetum mobile drugiego rodzaju, które można natychmiast wprowadzić do produkcji. Próbuję tylko odwrócić trwały negatywny stosunek Wielkiej Nauki do samej idei takich silników.

Partnerzy Aktualności

Według zapisów historycznych pierwszą osobą, która zaproponowała zbudowanie takiej maszyny, był naukowiec, który żył w XII wieku. W tym czasie zaczęły się krucjaty Europejczyków w Ziemi Świętej. Rozwój rzemiosła, gospodarstw domowych i sprzętu wymagał opracowania nowych źródeł energii. Popularność idei perpetuum mobile zaczęła szybko rosnąć. Naukowcy próbowali go zbudować, ale ich próby zakończyły się niepowodzeniem.

Ten pomysł stał się jeszcze bardziej popularny w XV i XVI wieku wraz z rozwojem produkcji. Projekty perpetuum mobile były oferowane przez wszystkich: od prostych rzemieślników, którzy marzyli o założeniu własnej małej fabryki do wielkich naukowców. Leonardo da Vinci, Galileo Galilei i inni wielcy badacze, po licznych próbach stworzenia perpetuum mobile, doszli do wniosku, że jest to w zasadzie niemożliwe.

Do tej samej opinii przybyli naukowcy, którzy żyli w XIX wieku. Wśród nich byli Hermann Helmholtz i James Joule. Niezależnie sformułowali prawo zachowania energii, które charakteryzuje przepływ wszystkich procesów we Wszechświecie.

Perpetuum mobile pierwszego rodzaju

Z tego fundamentalnego prawa wynika niemożność stworzenia perpetuum mobile pierwszego rodzaju. Prawo zachowania energii mówi, że energia nie pojawia się z niczego i nie znika bez śladu, ale przyjmuje tylko nowe formy dla siebie.

Perpetuum mobile pierwszego rodzaju jest wyimaginowanym systemem zdolnym do wykonywania pracy (czyli wytwarzania energii) w nieskończoność bez dostępu z zewnątrz. Prawdziwy system, taki jak ten, może wykonywać tylko swoją energię wewnętrzną. Ale ta praca będzie ograniczona, ponieważ wewnętrzne rezerwy energii systemu nie są nieskończone.

Silnik cieplny do produkcji energii musi wykonać określony cykl, co oznacza, że ​​za każdym razem powraca do stanu początkowego. Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że silnik musi otrzymywać energię z zewnątrz, aby wykonać pracę. Dlatego niemożliwe jest zbudowanie perpetuum mobile pierwszego rodzaju.

Perpetuum mobile drugiego rodzaju

Zasada działania perpetuum mobile drugiego rodzaju była następująca: odebranie energii z oceanu przy jednoczesnym obniżeniu jego temperatury. Nie jest to sprzeczne z prawem zachowania energii, ale budowa takiego silnika jest również niemożliwa.

Rzecz w tym, że przeczy drugiej zasadzie termodynamiki. Polega na tym, że energia z chłodniejszego ciała nie może być przeniesiona do cieplejszego w ogólnym przypadku. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia dąży do zera, ponieważ jest nieracjonalne.

Od dawna wiadomo, że wynalezienie wieczystego ruchu jest niemożliwe. W szerokim sensie maszyna perpetum mobile oznacza mechanizm, który nieustannie się porusza. Ale to nie jest wystarczająca definicja. Dzięki wielowiekowym bezowocnym próbom stworzenia cudownej maszyny dzisiaj można dokładnie określić samą koncepcję maszyny perpetum mobile i powody jej niewykonalności. Co więcej, takie próby pozostawiły znaczący ślad w historii i potwierdziły istnienie najważniejszych praw fizyki. Co rozważamy i analizujemy poniżej.

Definicja i klasyfikacja perpetuum mobile

Tak więc, maszyna perpetum mobile, jak już wiadomo, jest wyimaginowanym urządzeniem. Charakter wykonywanej pracy można sklasyfikować w następujący sposób:

1. Maszyna perpetum mobile pierwszego rodzaju (fizyczna / mechaniczna, hydrauliczna, magnetyczna) jest maszyną działającą w sposób ciągły, która po uruchomieniu wykonuje pracę bez odbierania energii z zewnątrz. Są to urządzenia o charakterze mechanicznym, których zasada działania opiera się na wykorzystaniu pewnych zjawisk fizycznych, na przykład działania siły grawitacji, prawa Archimedesa i zjawisk kapilarnych w cieczach.
2. Maszyna perpetuum mobile drugiego rodzaju (naturalna) jest silnikiem cieplnym, który w wyniku cyklu całkowicie przekształca ciepło otrzymane z jednego „niewyczerpanego” źródła (oceanu, atmosfery itp.) W działanie. Związany z cyklicznie powtarzalnymi zjawiskami naturalnymi lub z zasadami mechaniki niebieskiej.

Taka klasyfikacja jest powszechna i znajduje się w starej literaturze naukowej. Późniejsi badacze mają inną definicję. Pochodzi z idei idealnej maszyny, która działa bez strat i zamienia całą energię przekazywaną w użyteczną pracę lub w inną formę energii.

Do tych definicji naukowcy z różnych czasów przeszli długą drogę. Poddali je gruntownej analizie i nie zawsze byli jednomyślni. Problem polegał na tym, czy można uznać maszynę perpetum mobile jako jedyną, która po całkowitym zmontowaniu natychmiast zacznie pracować dla ciebie, lub byłoby dopuszczalne poinformowanie urządzenia o początkowym impulsie silnika. Spór dotyczył także tego, czy podstawowe oznaki perpetuum mobile są warunkiem, że wprawiony w ruch jednocześnie wykonuje jakąś użyteczną pracę.

Powody tworzenia pomysłów

Pierwsza wzmianka o maszynie perpetuum mobile odnosi się do 1150. Ale czy to oznacza, że ​​starożytni mechanicy nie byli zainteresowani ciągłym ruchem? Wręcz przeciwnie, był to jeden z tych tradycyjnych problemów, na które nauka poświęcała wiele uwagi w związku z badaniem zjawisk fizycznych. Ale badając warunki, które determinują ruch kołowy ciał, Grecy doszli do wniosków, które teoretycznie wykluczają jakąkolwiek możliwość istnienia sztucznie stworzonego ruchu wieczystego na Ziemi. Na przykład Arystoteles twierdził, że ruch ciał przyspiesza w kierunku jego środka. Na ciałach o prawdziwie kolistym ruchu pisze: „Nie mogą być ani ciężkie, ani lekkie, ponieważ nie są w stanie zbliżyć się do centrum lub oddalić się od niego w sposób naturalny lub wymuszony”. Ten warunek jest spełniony tylko przez ciała niebieskie.

Ale przodek idei silnika perpetum mobile jest uważany za indyjskiego poetę, matematyka i astronoma Bhaskara Acharyę (1114-1185), który w swoim wierszu opisał rodzaj nieustannie poruszającego się koła. Zauważ, że ciało jest oparte na okrągłym kształcie. Zgodnie ze starożytną filozofią indyjską, regularnie powtarzające się wydarzenia, które tworzą cykliczny cykl, są dla niego symbolem wieczności i doskonałości. To znaczy, przodkowie idei wieczystego ruchu byli motywowani nie przez potrzeby praktyczne, ale przez potrzeby religijne. Idea silnika wieczystego ruchu osiąga swój szczyt w średniowieczu w Europie, w okresie intensywnej budowy świątyń, katedr i pałaców książęcych, a następnie twórcy są oczywiście zainteresowani praktycznym wykorzystaniem maszyny.

Niektóre modele maszyn perpetum mobile pierwszego rodzaju

Niezrównoważone koło

Rysunek 1

Rysunek 2

Rysunek 3

Oto model maszyny perpetum mobile Bhaskara (ryc. Nr 1) z ukośnie przymocowanym wzdłuż wewnętrznej strony obwodu długimi wąskimi naczyniami wypełnionymi rtęcią. Bhaskara uzasadnia obrót koła w następujący sposób: „Koło tak wypełnione cieczą, zamontowane na osi leżącej na dwóch stałych podporach, obraca się samoistnie”.

Dwa kolejne modele, podobne w zasadzie do działania, wymyślone w średniowiecznej Europie. Rolę naczyń częściowo wypełnionych rtęcią odgrywają wypukłe sektory wewnątrz koła, wewnątrz których znajdują się ciężkie kule (rys. Nr 2) lub pręty zamocowane na zewnętrznej części koła z obciążnikami na końcach (rys. Nr 3).

Zasada działania tych silników polega na tworzeniu stałej nierównowagi grawitacyjnej na kole, dzięki czemu koło musi się obracać. Zastanów się, dlaczego to obliczenie nie jest uzasadnione przykładem konwencjonalnego koła. Zakłada się tutaj, że praca jest wykonywana siłą grawitacji, czyli w normalnych warunkach (na małych odległościach i blisko powierzchni Ziemi), jest stała i zawsze skierowana w tym samym kierunku.

Rysunek 4

F T jest masą ładunku, F P jest siłą, z jaką dźwignia działa na zawias (kompensowana siłą reakcji podtrzymującej), F B jest siłą zwrotną, R jest odległością od zawiasu (osi obrotu) do trajektorii środka masy ładunku.

Gdy dźwignia jest ściśle pionowa w górę, ciężar ładunku jest przenoszony na zawias i jest kompensowany przez reakcję podpory. Siła jest skierowana wzdłuż normalnej do okręgu, składowej stycznej

jest nieobecny, więc moment sił wynosi zero. Ta pozycja jest nazywana górnym martwym punktem (TDC). Jeśli dźwignia jest odchylona, ​​reakcja podparcia nie kompensuje już ciężaru, pojawia się styczna składowa siły, a normalna zaczyna się zmniejszać. Będzie to kontynuowane tylko do momentu, gdy dźwignia będzie pozioma. Gdy moment siły osiągnie wartość maksymalną, dźwignia ponownie zadziała na obciążenie, siła normalna zmieni swój znak względem dźwigni. Siła styczna zacznie się zmniejszać, aż do momentu, gdy dźwignia znajdzie się w pozycji pionowej w dół (dolny punkt martwy (LDP)).

Tak więc, jak widać na rys. №4, połowa cyklu roboczego, obciążenie jest przyspieszane, przesuwając się z górnego punktu martwego (GMP) do dolnego punktu martwego (LDP), a pół - zwalniając. Po kilku obrotach koło z niewyważonymi ładunkami osiągnie stan równowagi.

Łańcuch na pochyłej płaszczyźnie

Rysunek 5

Innym rodzajem mechanicznej perpetuum mobile jest łańcuch ciężki, rzucony na dłuższy bok przez system bloków. Teoretycznie przypuszczano, że część, na której znajduje się większa liczba ogniw, zacznie zsuwać się z nachylonej płaszczyzny, w wyniku czego zamknięty obwód będzie się poruszał w sposób ciągły. Wiadomo jednak, że łańcuch spocznie. Ten typ silnika jest interesujący przede wszystkim ze względu na niemożliwość jego ciągłego ruchu, inżynier, mechanik i matematyk Simon Stevin (1548-1620) udowodnili prawo równowagi ciała na pochyłej płaszczyźnie. Jeden łańcuch jest cięższy od drugiego, tyle razy, ile większa krawędź (AB na rys. Nr 5) pryzmatu jest dłuższa niż krótka (VS na rys. Nr 5). Wynika z tego, że dwa związane obciążenia równoważą się na pochyłych płaszczyznach, jeśli ich masy są proporcjonalne do długości tych płaszczyzn.

Mechanizm podobny w zasadzie (rys. Nr 6): ciężki łańcuch jest rzucany na koła, tak że jego prawa połowa jest zawsze dłuższa niż lewa. Dlatego musi spaść w dół, powodując obrót łańcucha. Ale łańcuch w lewej części jest rozciągnięty prostopadle, a prawy - pod pewnym kątem i zakrzywiony. Podobnie, perpetum mobile i ten mechanizm jest niemożliwy.

Rysunek 6

Hydrauliczna maszyna perpetum mobile ze śrubą Archimedesa

W przytłaczającej większości bezustannych silników hydraulicznych wynalazcy próbowali zastosować mechanizm znany z czasów starożytnej Grecji - śrubę Archimedesa - pustą rurkę z spiralą w środku, zaprojektowaną do podnoszenia wody ze statku do naczynia o największej wysokości.

Rysunek 7

Ciecz ze zbiornika unosi się z knotami najpierw do górnego naczynia, a stamtąd z innymi knotami jeszcze wyżej, górny zbiornik ma rynnę odpływową, która spada na łopatki koła, powodując jego obrót. Ciecz w dolnej warstwie podnosi się ponownie przez knoty do górnego naczynia. Tak więc strumień płynący w dół rynny po kole nie jest przerywany, a koło musi być zawsze w ruchu (rys. Nr 7).

Tylko koło tej maszyny nigdy się nie obróci, ponieważ w górnym naczyniu nie będzie wody. Dzieje się tak, ponieważ siły kapilarne wywołane krzywizną powierzchni cieczy, chociaż mogą pokonać siłę grawitacji, podnosząc ciecz w tkaninie knota, ale utrzymują ją w porach tkaniny, nie pozwalając jej wypłynąć z nich.

Denny Papen's Vessel

Rysunek 8

Projekt silnika hydraulicznego perpetuum mobile Denny Papen jest naczyniem, które zwęża się w rurę i wygina się w taki sposób, że wolny koniec rury o mniejszym promieniu znajduje się w dużym „gardle” statku (rys. Nr 8). Autor założył, że ciężar wody w szerszej części naczynia przekroczy ciężar cieczy w rurze w węższej części. W ten sposób miała wystąpić cyrkulacja cieczy z powodu różnicy ciśnień. W rzeczywistości w tym przypadku działa podstawowe prawo hydrostatyki: ciśnienie wywierane na ciecz jest przekazywane bez zmian we wszystkich kierunkach. Powierzchnia płynu w cienkiej rurce jest ustawiona na tym samym poziomie co w naczyniu, jak w każdym połączonym ze sobą naczyniu.

Wcześniej silnik ten oferowano podobnym statkom, inaczej zorientowanym w przestrzeni. Opierały się one na zasadzie syfonu: w nim (w zakrzywionej rurze z łokciami o różnej długości, przez którą płyn pochodzi ze naczynia z wyższym, do naczynia o niższym poziomie cieczy), praca wymagana do podniesienia cieczy jest wykonywana przez ciśnienie atmosferyczne. Jednocześnie, aby płyn przepływał przez syfon, maksymalna wysokość jego zagięcia nie powinna przekraczać wysokości słupa cieczy, zrównoważonej ciśnieniem powietrza zewnętrznego. Dla wody wysokość ta przy normalnym ciśnieniu barometrycznym wynosi około 10 m. - fakt ten nie został wzięty pod uwagę i doprowadził do błędnych wniosków na temat ciągłego ruchu takiego silnika.

Inne silniki hydrauliczne

Rysunek 9

Wśród wielu projektów perpetuum mobile było wiele opartych na prawie Archimedesa. Jeden z takich projektów jest następujący: wysoki statek (20 m) wypełniony wodą ma krążki umieszczone po jednej stronie na jego różnych końcach, przez które rzucana jest mocna lina bez końca z czternastoma stałymi pustymi sześciennymi skrzynkami. Pudełka są takie same, w równej odległości, wodoodporne i mają boki 1 m (rys. Nr 9).

Rzeczywiście, pudełka w wodzie mają tendencję do unoszenia się w górę. Wpływa na nie siła równa masie wody wypartej przez skrzynki.

Ale nawet pod warunkiem, że lina ta jest nieskończona, efekt nie jest uzasadniony, ponieważ aby lina mogła się obracać, skrzynki muszą wejść do naczynia dokładnie z dna, i w tym celu muszą pokonać ciśnienie słupa wody, które będzie znacznie większe niż siła Archimedesa.

Rysunek 10

Uproszczona wersja ciągłego ruchu typu hydraulicznego (rys. 10), którego idea pochodzi z rażącego naruszenia interpretacji prawa Archimedesa. Zanurzona część drewnianego bębna, zgodnie z prawem Archimedesa, podlega działaniu wyporu. Oczywiście koło nie będzie się obracać, ponieważ siła nie będzie skierowana w górę (jak założył wynalazca), ale w kierunku środka koła.

Magnetyczna maszyna perpetum mobile

Rysunek 11

Prosty, ale oryginalny model perpetuum mobile z magnesami. Dwa pochylone rynny prowadzą do magnesu kulowego umieszczonego na stojaku: jeden prosty, zamontowany powyżej, drugi zakrzywiony (rys. Nr 11). Żelazna kula umieszczona na górnej rynnie zostanie przyciągana przez magnes, a następnie po drodze wpadnie do otworu, zroluje dolną rynnę i ponownie trafi do górnej rynny.

Jednakże, jeśli magnes jest wystarczająco silny, aby przyciągnąć piłkę z dolnego punktu, to nie pozwoli jej spaść przez otwór znajdujący się bardzo blisko. Jeśli natomiast siła przyciągania jest niewystarczająca, piłka nie przyciągnie się wcale.

Perpetuum mobile pierwszego rodzaju wbrew prawu zachowania energii

Ostateczne zatwierdzenie ustawy o oszczędzaniu energii w latach 40. i 70. XIX wieku opierało się na pracach Sadi Carnota, Roberta Mayera, Jamesa Joule'a i Hermanna Helmholtza, które pokazały związek między różnymi formami energii (mechanicznymi, termicznymi, elektrycznymi itp.). Prawo zachowania energii jest sformułowane w następujący sposób: w systemie izolowanym energia może przenosić się z jednej postaci do drugiej, ale jej całkowita liczba pozostaje stała.

Co do zasady, niemożność ciągłego ruchu silnika jest uważana za konsekwencję prawa zachowania energii. Argumenty Meiera i eksperymenty Joule'a dowiodły równoważności pracy mechanicznej i ciepła, pokazując, że ilość wydzielanego ciepła jest równa pracy doskonałej i odwrotnie, Helmholtz jako pierwszy podał sformułowanie dokładnie pod kątem prawa zachowania energii. W przeciwieństwie do swoich poprzedników powiązał prawo zachowania energii z niemożliwością istnienia ruchu wieczystego. Meyer i Helmholtz ustanowili zasadę niemożności ciągłego ruchu jako podstawę analizy różnych przekształceń energii. Max Planck w swojej pracy Zasada zachowania energii położyła szczególny nacisk na równoważność (a nie związek przyczynowy) zasady niemożności ciągłego ruchu i zasady zachowania energii.

W termodynamice historycznie prawo zachowania formułuje się jako pierwszą zasadę termodynamiki: zmiana energii wewnętrznej układu termodynamicznego podczas przejścia z jednego stanu do drugiego jest równa sumie sił zewnętrznych działających na układ i ilości ciepła przekazywanego do systemu, i nie zależy od sposobu, w jaki to przejście jest wykonywane to znaczy Q = ΔU + A. Pierwsza zasada termodynamiki jest często formułowana jako niemożność istnienia perpetuum mobile pierwszego rodzaju, która działałaby bez pobierania energii z jakiegokolwiek źródła.

Silniki wieczne drugiego rodzaju

Klasyczna maszyna perpetum mobile drugiego rodzaju zapewnia możliwość akumulacji ciepła z powodu pracy, której koszt jest niższy niż ciepło otrzymane, i wykorzystanie części tego ciepła do ponownego wykonania pracy w nowym cyklu. Tak więc powinno być nadmiar pracy. Inny wariant tego silnika zakłada uporządkowanie chaotycznego ruchu termicznego cząsteczek, w wyniku czego powstaje ukierunkowany ruch materii, któremu towarzyszy spadek jego temperatury termodynamicznej. Dobrze znane projekty takich silników nie są tak wymyślone, jak na przykład silniki pierwszego rodzaju, a informacje o nich nie wystarczają do opisu. Ogromna większość pomysłów takich maszyn jest absurdalna i sprzeczna lub należy do klasy wyobrażonych perpetum mobile (w rzeczywistości nie są wieczne), mają niską skuteczność.

Druga zasada termodynamiki sformułowana przez Rudolfa Clausiusa jednoznacznie stwierdza, że ​​proces jest niemożliwy, a jedynym skutkiem byłoby przeniesienie ciepła z chłodniejszego ciała do cieplejszego. Oznacza to również, że w systemie zamkniętym entropia w dowolnym rzeczywistym procesie albo wzrasta, albo pozostaje niezmieniona (to jest ΔS ≥ 0). Druga zasada termodynamiki jest postulatem niemożliwym do udowodnienia w ramach termodynamiki. Został stworzony na podstawie uogólnienia faktów eksperymentalnych i otrzymał liczne potwierdzenia eksperymentalne.

Możliwość wykorzystania energii ruchu termicznego cząstek ciała (zbiornika ciepła) do uzyskania pracy mechanicznej (bez zmiany stanu innych ciał) oznaczałaby możliwość realizacji maszyny perpetumicznej drugiego rzędu, której praca nie byłaby sprzeczna z prawem oszczędzania energii. Na przykład, działanie silnika statku przez chłodzenie wody oceanu (dostępny i praktycznie niewyczerpany zbiornik energii wewnętrznej) nie jest sprzeczne z prawem zachowania energii, ale jeśli nie ma innych zmian oprócz chłodzenia wody, to działanie takiego silnika jest sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki. W prawdziwym silniku cieplnym proces przekształcania ciepła w pracę wiąże się z przeniesieniem pewnej ilości ciepła do środowiska. W rezultacie chłodzi się zbiornik termiczny silnika i ogrzewa się zimniejsze środowisko zewnętrzne, co jest zgodne z drugą zasadą termodynamiki.

Wyimaginowana perpetuum mobile

Rysunek 12

W latach 60-tych. XX wiek. światowa sensacja została wykonana przez zabawkę, która otrzymała w ZSRR nazwę „wiecznie pijący ptak” lub „ptak Hottabych”. Cienka szklana kolba z poziomą osią pośrodku jest zamknięta w małym pojemniku. Wolny koniec stożka prawie dotyka jego dna. W kolbie znajduje się pewna ilość eteru (w dolnej części), górna pusta część kolby jest przyklejona na zewnątrz cienką warstwą waty. Umieszczają naczynie z wodą przed zabawką i przechylają je, zmuszając je do „wypicia” (rys. Nr 12). Następnie mechanizm działa niezależnie: kilka razy na minutę pochyla się w kierunku naczynia z wodą, aż woda się wyczerpie.

Mechanizm tego zjawiska jest jasny: ciecz w dolnej wnęce odparowuje pod wpływem ciepła w pomieszczeniu, ciśnienie zwiększa się i przemieszcza ciecz do rury. Górna część konstrukcji przeważa, wygina się, para porusza się do górnej kuli. Ciśnienie spada, płyn powraca do dolnej objętości, która przeważa i przywraca „ptaka” do jego pierwotnej pozycji.

Na pierwszy rzut oka zakłóca się druga zasada termodynamiki: nie ma różnicy temperatur, samochód pobiera ciepło z powietrza. Ale kiedy kolba dotrze do naczynia z wodą, woda z mokrej bawełny intensywnie odparowuje, chłodząc górną kulkę. Występuje różnica temperatur między naczyniami górnym i dolnym, dzięki czemu następuje ruch. Jeśli parowanie ustanie (wata wysycha lub wilgotność powietrza osiąga punkt rosy, to znaczy temperatura, do której musi być schłodzone powietrze, tak aby para wodna w nim osiągnęła nasycenie i zaczyna się kondensować w rosę), maszyna w pełni zgadza się z drugą zasadą termodynamiki przestaje się poruszać. Moc takiego silnika jest bardzo niska z powodu niewielkiej różnicy w temperaturze i ciśnieniu, przy której pracuje ptak.

Perpetuum mobiles jako projekty komercyjne

Wieczne silniki, od czasów starożytnych okryte tajemnicą, wynalazki i działania, niewątpliwie zostały stworzone nie tylko do użytku praktycznego. Przez cały czas byli oszustami i marzycielami, którzy chcieli wydobyć nie tylko energię większą niż 100%.

Jednym z najsłynniejszych „oszustw stulecia” jest maszyna perpetum mobile Johanna Besslera (1680-1745).

Rysunek 13

Rysunek 14

Pod pseudonimem Orphireus ten saksoński inżynier w dniu 17 listopada 1717 r., W obecności znanych fizyków, zademonstrował maszynę o średnicy wału większej niż 3,5 m. Silnik został wprawiony w ruch i zablokowany w pomieszczeniu, a po sprawdzeniu półtora miesiąca później byli przekonani, że koło silnika obraca się z tą samą prędkością.

Kiedy to samo stało się dwa miesiące później, sława Besslera rozbrzmiała w całej Europie. Wynalazca zgodził się sprzedać samochód Piotrowi I, ale tak się nie stało. Nie przeszkodziło to jednak Besslerowi wygodnie mieszkać ze środkami uzyskanymi dzięki demonstracji silnika. Silnik jest dużym kołem, które obraca się i jednocześnie podnosi ciężki ładunek na znaczną wysokość (rys. Nr 13).

Wynalazek spowodował wiele sporów i nierozwiązanych kwestii. Najważniejsza z nich - zasada działania - nie była znana opinii publicznej. Dlatego sceptyczni sceptycy doszli do wniosku, że tajemnica tkwi w tym, że umiejętnie ukryta osoba ciągnie linę, która jest zwijana, niepostrzeżenie dla obserwatora, na ukrytej części osi koła. I ich oczekiwania zostały spełnione: wkrótce pokojówka Besslera ujawniła tajemnicę:

silnik faktycznie działał tylko przy pomocy osób trzecich (rys. nr 14).

Inny znany przypadek użycia perpetuum mobile „nie dla jego zamierzonego celu”: w jednym z miast w celu przyciągnięcia klientów jedna z kawiarni zainstalowała „wiecznie” obracające się koło, które, oczywiście, rozpoczęto przy użyciu mechanizmu.

Niektórzy twórcy pomysłów perpetum mobile w porządku chronologicznym:

1. Bhaskara Acharya (1114-1185), poeta, astronom, matematyk.
2. Villars de Onnecourt (XIII wiek), architekt.
3. Nikolay Kuzansky (1401-1464), filozof, teolog, postać kościelno-polityczna.
4. Francesco di Giorgio (1439-1501), malarz, rzeźbiarz, architekt, wynalazca, inżynier wojskowy.
5. Leonardo da Vinci (1452-1519), malarz, rzeźbiarz, architekt, matematyk, fizyk, anatom, przyrodnik.
6. Giambattista Port (1538 - 1615), filozof, optyk, astrolog, matematyk, meteorolog.
7. Cornelius Drebbel (1572 - 1633), fizyk, wynalazca.
8. Athanasius Kircher (1602-1680), fizyk, językoznawca, teolog, matematyk.
9. John Wilkins (1614-1672), filozof, językoznawca.
10. Danny Papen (1647-1712), matematyk, fizyk, wynalazca.
11. Johann Bessler (1680-1745), inżynier mechanik, lekarz, oszust.
12. David Brewster (1781-1868), fizyk.
13. Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), fizyk, chemik, filozof idealistyczny.
14. Victor Schauberger (1885-1958), wynalazca.

Wniosek

W 1775 r. Akademia Francuska postanowiła nie rozpatrywać ofert wieczystego ruchu, przedstawiając ostateczny werdykt: zbudowanie silnika wieczystego ruchu jest absolutnie niemożliwe. W całej historii perpetum mobile, wynaleziono ponad 600 projektów, z których większość powstała w czasie, gdy znane były prawa termodynamiki i oszczędzania energii.

Oczywiście wysiłki wielu twórców perpetuum mobile nie były daremne. Próbując zbudować to, co niemożliwe, znaleźli wiele interesujących rozwiązań technicznych, wymyślonych mechanizmów i urządzeń, które są nadal używane w inżynierii mechanicznej. W bezowocnym poszukiwaniu wieczystego ruchu narodziły się podstawy nauki inżynieryjnej i potwierdzono prawa, które zaprzeczały jego istnieniu.