Вечный двигатель, перпетуум-мобиле (латинское perpetuum mobile переводится вечное движение) — воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. Возможность работы такой машины неограниченное время означала бы получение энергии из ничего.
Идея вечного двигателя возникла в Европе, по-видимому, в XIII веке (хотя существуют свидетельства, что первый проект вечного двигателя предложил индиец Бхаскара в XII веке). До этого проекты вечных двигателей неизвестны. Их не было у греков и римлян, которые разработали множество эффективных механизмов и заложили основы научных подходов к изучению природы. Ученые предполагают, что дешевая и практически неограниченная рабочая сила в виде рабов тормозила в античности разработку дешевых источников энергии.
Почему люди так упорно хотели построить вечный двигатель?
В этом нет ничего удивительного. В XII-XIII веке начались крестовые походы и европейское общество пришло в движение. Стало быстрее развиваться ремесло и совершенствоваться машины, приводящие в движение механизмы. В основном это были водяные колеса и колеса, приводимые в движение животными (лошадьми, мулами, быками, ходившими по кругу). Вот и возникла идея придумать эффективную машину, приводимую в движение более дешевой энергией. Если энергия берется из ничего, то она ничего не стоит и это крайний частный случай дешевизны — даром.
Еще популярнее идея вечного двигателя стала в XVI-XVII веках, в эпоху перехода к машинному производству. Число известных проектов вечного двигателя перевалило за тысячу. Создать вечный двигатель мечтали не только малообразованные ремесленники, но и некоторые крупные ученые своего времени, так как тогда не существовало принципиального научного запрета на создание такого устройства.
Уже в XV-XVII веке прозорливые естествоиспытатели, такие как Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Симон Стевин, Галилео Галилей сформулировали принцип: «Создать вечный двигатель невозможно». Симон Стевин был первым, кто на основе этого принципа вывел закон равновесия сил на наклонной плоскости, что привело его в конце концов к открытию закона сложения сил по правилу треугольника (сложение векторов).
К середине XVIII века, после многовековых попыток создать вечный двигатель, большинство ученых стали считать, что сделать это невозможно. Это был просто экспериментальный факт.
С 1775 года Французская академия наук отказалась рассматривать проекты вечного двигателя, хотя и в это время у французских академиков не было твердых научных оснований принципиально отрицать возможность черпать энергию из ничего.
Невозможность получения дополнительной работы из ничего была твердо обоснована лишь с созданием и утверждением как всеобщего и одного из самых фундаментальных законов природы «закона сохранения энергии».
Сначала Готфрид Лейбниц в 1686 году сформулировал закон сохранения механической энергии. А закон сохранения энергии как всеобщий закон природы сформулировали независимо Юлиус Майер (1845), Джеймс Джоуль (1843–50) и Герман Гельмгольц (1847).
Врач Майер и физиолог Гельмгольц сделали последний важный шаг. Они установили, что закон сохранения энергии справедлив для животных и растений. До этого существовало понятие «живая сила» и считалось, что для животных и растений законы физики могут не выполняться. Таким образом, закон сохранения энергии был первым принципом, установленным для всей познанной Вселенной.
Последним штрихом в обобщении закона сохранения энергии стала специальная теория относительности Альберта Эйнштейна (1905 г.). Он показал, что закон сохранения массы (был такой закон) — часть закона сохранения энергии. Энергия и масса эквивалентны по формуле Е = mс2, где с — скорость света.
Далее: Вечный двигатель второго рода
elementy.ru
Реферат по курсу концепции современного естествознания студента группы Э61 экономического факультета ОмГУ Бубнова Андрея Омский Государственный Университет Омск, 1996 Мартын. Что такое perpetuum mobile ? Бертольд. Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому ... видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото — задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное, но найти perpetuum mobile ... О!... А. С. Пушкин. “Сцены из рыцарских времён” Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу. Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, то есть такой двигатель в котором в результате превращения энергии одного вида её получается больше, чем было. Закон сохранения и превращения энергии является основным в современном естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет следующие отличительные разновидности : механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и др. Каждая из них может превращаться друг в друга, причём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энергии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальной системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды этой энергии, испытывая взаимные превращения. Закон сохранения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал : “...так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; ...Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”. Многие изобретатели пытались построить машину — вечный двигатель, способную совершать полезную работу без какихлибо изменений внутри машины. Все эти попытки заканчивались неудачей. Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) — воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время. Каждая машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого промежутка времени полностью израсходует имевшийся в ней запас энергии на преодоление сил сопротивления и должна остановиться, так как продолжение работы означало бы получение энергии из ничего. Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно : “ Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какогонибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.” Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций : 1). подъём воды с помощью архимедова винта; 2). подъём воды с помощью капилляров; 3). использование колеса с неуравновешивающимися грузами; 4). природные магниты; 5). электромагнетизм; 6). пар или сжатый воздух. Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile. Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря гореизобретателям, основана на применении колеса с неуравновешенными грузами. К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрётся ось. Так думал неизвестный изобретатель. Но этого не будет происходить, и вот почему : хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается, следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится. Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия — Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф ГессенКассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении. Однако Орфиреус соглашался продавать машину не менее чем за 100000 рублей, из чего следует, что он получал весьма не маленький доход от нее. Он был, пожалуй, самым удачливым авантюристом, так как безбедно прожил до старости, получая немалый доход от показа машины. Однако его “вечный двигатель” оказался далеко не вечным — его приводили в действие брат и служанка, дёргая за искусно спрятанный шнурок. Другим примером вечного двигателя может служить следующая машина. Масло или вода, налитое в сосуд, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями — ещё выше; верхний сосуд имеет жёлоб для стока масла, которое падает на лопатки винта, приводя его во вращение. Стёкшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобку на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении... Но здесь кроется ошибка : почему изобретатель думает, что масло должно стекать вниз с верхней, загнутой части фитиля ? Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю; но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд мнимой вертушки от действия капиллярных сил может просочиться жидкость, то надо будет признать, что те же фитили могут перенести её обратно в нижний с помощью тех же сил. Этот проект напоминает другой, изобретённый ещё в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, и затем повторявшийся во многочисленных вариациях. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает ... тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо — винт !..
В истории изобретений вечного двигателя магнит сыграл не последнюю роль. Вот пример такого двигателя, описанного в XVII веке епископом Джоном Вилкенсоном. Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных жёлоба, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней части, а нижний изогнут. Если на верхний жёлоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жёлоб , скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадёт на верхний жёлоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение. Здесь сразу видна вся абсурдность этого изобретения. Почему шарик будет скатываться вниз ? Он скатывался бы, если бы был только под действием силы тяжести. Но на него действует магнит, который тормозит его спуск, и следовательно, шарик не будет иметь достаточно энергии для того, чтобы подняться по закруглению и начать цикл сначала. Большую популярность получила у изобретателей вечного двигателя идея соединения динамомашины с электромотором. Все подобные проекты сводятся к следующему — надо шкивы динамомашины и электромотора соединить ремнём, а провода от динамомашины подвести к электромотору. После первоначального импульса машины начнут вырабатывать энергию, и это будет продолжаться до бесконечности. Здесь всё сводится к тому, что если бы не было трения, они бы действительно вращались вечно. Но странно, что изобретателям не приходит в голову другой проект — соединить два шкива ремнём и дать толчок. Первый шкив, вращаясь, будет двигать второй, а второй, в свою очередь, сообщать энергию на движение первому. Все вышеприведённые двигатели являлись двигателями первого рода, то есть такими двигателями, которые нарушают первое начало термодинамики. Согласно первому закону термодинамики мы имеем
Любая машина может совершать работу над внешними телами только за счёт получения извне количества теплоты Q (то есть энергии) или уменьшения своей внутренней энергии DU. Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя. Можно подсчитать, что при охлаждении мирового океана только на один градус можно получить энергию, достаточную для обеспечения всех потребностей человечества при современном уровне её потребления на 14000 лет. Возможность создания такой машины, называемой вечным двигателем второго рода, не противоречит первому закону термодинамики. Однако все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что создание вечного двигателя второго рода, является столь же неразрешимой задачей, как и изготовление вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго основного постулата второго закона термодинамики. Теплопередача самопроизвольно происходит только в одном направлении от горячего тела к холодному. Значит, чтобы энергия теплового движения молекул воды мирового океана превратилась в механическую энергию, необходимо иметь рабочее тело, температура которого ниже температуры воды в океане. Из этого следует, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без какихлибо других изменений в природе. Иначе говоря, невозможно построить периодически действующую машину, которая непрерывно превращала бы теплоту в работу только за счёт охлаждения одного тела, без того чтобы в окружающих телах не произошло одновременно какихлибо изменений. Физический смысл второго закона термодинамики заключается в том, что энергия теплового движения молекул вещества в одном отношении качественно отличается от всех других видов энергии механической, электрической, химической, ядерной и т.д. Это отличие заключается в том, что энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой вид энергии, в том числе в энергию теплового движения. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. В результате этого любой физический процесс в котором происходит превращение какоголибо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т.е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении. Перпетуум мобиле вечный двигатель романтическая мечта подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, вотвот должны были заработать, но почемуто оставались в неподвижности; разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов... Но изза чего всё это происходило ? Изза незнания элементарных физических законов, изза желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какаято тайна, чтото, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек... Список литературы Ихак Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922. Кабардин О. Ф. Физика : Справочные материалы. М., 1991. Краткий Политехнический Словарь. М., 1956. Орд Хьюм А. Вечное движение. М., 1980. Перельман Я. И. Занимательная физика. М., 1991. |
www.yurii.ru
Реферат по курсу концепции современного естествознания студента группы Э61 экономического факультета ОмГУ Бубнова Андрея
Омский Государственный Университет
Омск, 1996
Мартын. Что такое perpetuum mobile ?
Бертольд. Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото — задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное, но найти perpetuum mobile… О!...
А. С. Пушкин. “Сцены из рыцарских времён”
Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу.
Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, то есть такой двигатель в котором в результате превращения энергии одного вида её получается больше, чем было.
Закон сохранения и превращения энергии является основным в современном естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет следующие отличительные разновидности: механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и др. Каждая из них может превращаться друг в друга, причём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энергии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальной системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды этой энергии, испытывая взаимные превращения.
Закон сохранения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал: “… так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте;… Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”.
Многие изобретатели пытались построить машину — вечный двигатель, способную совершать полезную работу без какихлибо изменений внутри машины. Все эти попытки заканчивались неудачей.
Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) — воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время. Каждая машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого промежутка времени полностью израсходует имевшийся в ней запас энергии на преодоление сил сопротивления и должна остановиться, так как продолжение работы означало бы получение энергии из ничего.
Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно: “ Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какогонибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.”
Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций :
1). подъём воды с помощью архимедова винта;
2). подъём воды с помощью капилляров;
3). использование колеса с неуравновешивающимися грузами;
4). природные магниты;
5). электромагнетизм;
6). пар или сжатый воздух.
Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.
Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря гореизобретателям, основана на применении колеса с неуравновешенными грузами.
К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрётся ось. Так думал неизвестный изобретатель. Но этого не будет происходить, и вот почему: хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается, следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.
Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия — Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф ГессенКассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении. Однако Орфиреус соглашался продавать машину не менее чем за 100000 рублей, из чего следует, что он получал весьма не маленький доход от нее. Он был, пожалуй, самым удачливым авантюристом, так как безбедно прожил до старости, получая немалый доход от показа машины. Однако его “вечный двигатель” оказался далеко не вечным — его приводили в действие брат и служанка, дёргая за искусно спрятанный шнурок.
Другим примером вечного двигателя может служить следующая машина. Масло или вода, налитое в сосуд, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями — ещё выше; верхний сосуд имеет жёлоб для стока масла, которое падает на лопатки винта, приводя его во вращение. Стёкшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобку на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении… Но здесь кроется ошибка: почему изобретатель думает, что масло должно стекать вниз с верхней, загнутой части фитиля? Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю; но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд мнимой вертушки от действия капиллярных сил может просочиться жидкость, то надо будет признать, что те же фитили могут перенести её обратно в нижний с помощью тех же сил.
Этот проект напоминает другой, изобретённый ещё в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, и затем повторявшийся во многочисленных вариациях. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает… тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо — винт !..
В истории изобретений вечного двигателя магнит сыграл не последнюю роль. Вот пример такого двигателя, описанного в XVII веке епископом Джоном Вилкенсоном.
Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных жёлоба, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней части, а нижний изогнут. Если на верхний жёлоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жёлоб, скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадёт на верхний жёлоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение.
Здесь сразу видна вся абсурдность этого изобретения. Почему шарик будет скатываться вниз? Он скатывался бы, если бы был только под действием силы тяжести. Но на него действует магнит, который тормозит его спуск, и следовательно, шарик не будет иметь достаточно энергии для того, чтобы подняться по закруглению и начать цикл сначала.
Большую популярность получила у изобретателей вечного двигателя идея соединения динамомашины с электромотором. Все подобные проекты сводятся к следующему — надо шкивы динамомашины и электромотора соединить ремнём, а провода от динамомашины подвести к электромотору. После первоначального импульса машины начнут вырабатывать энергию, и это будет продолжаться до бесконечности. Здесь всё сводится к тому, что если бы не было трения, они бы действительно вращались вечно. Но странно, что изобретателям не приходит в голову другой проект — соединить два шкива ремнём и дать толчок. Первый шкив, вращаясь, будет двигать второй, а второй, в свою очередь, сообщать энергию на движение первому.
Все вышеприведённые двигатели являлись двигателями первого рода, то есть такими двигателями, которые нарушают первое начало термодинамики. Согласно первому закону термодинамики мы имеем
Любая машина может совершать работу над внешними телами только за счёт получения извне количества теплоты Q (то есть энергии) или уменьшения своей внутренней энергии DU.
Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя.
Можно подсчитать, что при охлаждении мирового океана только на один градус можно получить энергию, достаточную для обеспечения всех потребностей человечества при современном уровне её потребления на 14000 лет.
Возможность создания такой машины, называемой вечным двигателем второго рода, не противоречит первому закону термодинамики. Однако все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что создание вечного двигателя второго рода, является столь же неразрешимой задачей, как и изготовление вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго основного постулата второго закона термодинамики.
Теплопередача самопроизвольно происходит только в одном направлении от горячего тела к холодному. Значит, чтобы энергия теплового движения молекул воды мирового океана превратилась в механическую энергию, необходимо иметь рабочее тело, температура которого ниже температуры воды в океане.
Из этого следует, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без какихлибо других изменений в природе. Иначе говоря, невозможно построить периодически действующую машину, которая непрерывно превращала бы теплоту в работу только за счёт охлаждения одного тела, без того чтобы в окружающих телах не произошло одновременно какихлибо изменений.
Физический смысл второго закона термодинамики заключается в том, что энергия теплового движения молекул вещества в одном отношении качественно отличается от всех других видов энергии механической, электрической, химической, ядерной и т.д. Это отличие заключается в том, что энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой вид энергии, в том числе в энергию теплового движения. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. В результате этого любой физический процесс в котором происходит превращение какоголибо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т.е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении.
Перпетуум мобиле вечный двигатель романтическая мечта подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, вотвот должны были заработать, но почемуто оставались в неподвижности; разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов… Но изза чего всё это происходило? Изза незнания элементарных физических законов, изза желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какаято тайна, чтото, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек...
Список литературы
Ихак Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы. М., 1991.
Краткий Политехнический Словарь. М., 1956.
Орд Хьюм А. Вечное движение. М., 1980.
Перельман Я. И. Занимательная физика. М., 1991.
www.ronl.ru
По мере развития науки ее законы охватывают все более широкие области, уточняются, приближаются к законам природы, делаются адекватными им. В обобщенном виде характер связи между законами природы и законами науки был четко выражен А. Эйнштейном: «Наши представления о физической реальности никогда не могут быть окончательными, и мы всегда должны быть готовы менять эти представления». П.Л. Капица, любивший парадоксы, говорил даже так: «Интересны не столько сами законы, сколько отклонения от них».
Но изобретатели perpetuum mobile не правы, рассчитывая на вполне возможное изменение законов науки, не разрешающих пока действие вечных двигателей. Дело в том, что законы науки (в частности, физики) не отменяются, а дополняются и развиваются.
Н. Бор сформулировал общее положение (1923 г.), отражающее эту закономерность развития науки: принцип соответствия, который гласит, что всякий более общий закон включает в себя старый закон как частный случай; он (старый) получается из нового при переходе к другим значениям определяющих его величин.
Утверждение закона сохранения энергии — первого начала термодинамики — сделало попытки создать вечный двигатель первого рода абсолютно безнадежным занятием. И хотя они все еще продолжались, основное направление мыслей создателей perpetuum mobile изменилось. Новые варианты вечных двигателей рождаются уже в полном согласии с первым началом термодинамики: сколько энергии поступает в такой двигатель, ровно столько же и выходит.
Как известно, закон сохранения энергии можно сформулировать в следующей несколько видоизмененной форме: при всех процессах преобразования энергии сумма всех видов энергии, участвующих в данном процессе, должна оставаться неизменной. Такая формулировка, хотя и не допускает возможности создания энергии из ничего, однако оставляет открытым другой путь реализации вечного двигателя, принцип работы которого основывался бы на идеальном преобразовании одной формы энергии в другую.
Было известно, что работа в двигателях совершается, когда горячее тело отдает тепло газу или пару и пар совершает работу, например, двигая поршень. Однако оказалось, что никак не удается сделать так, чтобы энергия от более холодного тела перешла к более горячему. А ведь для создания вечного двигателя необходимо, чтобы при этом еще и совершалась работа.
В результате развития термодинамики, основываясь на работах Сади Карно, Рудольф Клаузиус показал, что, невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым. При этом невозможен не только непосредственный переход — его невозможно осуществить и с помощью машин или приборов без того, чтобы в природе не произошло еще каких-либо изменений.
Уильям Томсон (лорд Кельвин) сформулировал принцип невозможности вечного двигателя второго рода (1851 г.), поскольку в природе невозможны процессы, единственным следствием которых была бы механическая работа, произведённая за счет охлаждения теплового резервуара.
Исследованием вопроса о perpetuum mobile нового типа в начале XX в. занимался известный немецкий физико-химик Вильгельм Оствальд. Идеальную машину, способную циклично и без потерь преобразовывать энергию из одной формы в другую, он назвал вечным двигателем второго рода. Как видно и после отказа от возможности создания вечного двигателя первого рода проблема вечного движения все же продолжает оставаться открытой. Однако, вечные двигатели первого и второго рода уже значительно различаются между собой. Если функция объявленного учеными неосуществимым вечного двигателя первого рода состояла в непрерывном совершении полезной работы без пополнения запасов энергии от внешних источников, то от вечного двигателя второго рода требовалась лишь способность идеально трансформировать энергию.
Согласно первому началу термодинамики, теплота эквивалентна механической энергии, поэтому, не входя в противоречие с первым началом, вполне можно построить машину, отбирающую тепло от тела, которое имеет температуру окружающего воздуха, или, к примеру, забирающую тепло воды из больших водоемов и совершающую благодаря этому механическую работу. Если преобразовать теперь полученную механическую энергию обратно в тепло, то тем самым возникает замкнутый цикл преобразования энергии, основанный на принципе вечного двигателя второго рода.
Однако в обыденной жизни никогда не встречаются подобные явления. В теплом помещении вынутая из холодильника бутылка с молоком нагревается, а стакан горячего чая остывает. К тому же холодная жидкость при своем нагревании незаметно понижает температуру воздуха в комнате, а горячая — повышает. Вместе с тем никогда не случается, чтобы холодное тело само собой охладилось или горячее — нагрелось. Для такого охлаждения служат специальные холодильные установки, нуждающиеся, однако, в постоянном подводе энергии от внешних источников. В то же время самопроизвольное охлаждение холодного или нагревание горячего тела вовсе не противоречит первому началу термодинамики. Поэтому очевидно, что формулировку этого закона следует как-то уточнить и дополнить.
Второе начало термодинамики устраняет неполноту закона сохранения энергии, который не делал различия между обратимыми и необратимыми процессами и тем самым оставлял призрачную надежду тем, кто не хотел мириться с невозможностью создания perpetuum mobile. Этот физический принцип накладывает ограничение на направление процессов, которые могут происходить в термодинамических системах. Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю (невозможно построить замкнутый цикл, проходящий через точку с нулевой температурой).
Существуют несколько эквивалентных формулировок второго закона термодинамики:
Постулат Клаузиуса: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому» (такой процесс называется процессом Клаузиуса).
Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).
Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:
«Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии). В состоянии с максимальной энтропией макроскопические необратимые процессы (а процесс передачи тепла всегда является необратимым из-за постулата Клаузиуса) невозможны.
Когда была создана статистическая термодинамика, которая основывалась на молекулярных представлениях, Оказалось, что второе начало термодинамики имеет статистический характер: оно справедливо для наиболее вероятного поведения системы. Существование флуктуаций препятствует точному его выполнению, однако вероятность сколь-нибудь значительного нарушения крайне мала. То есть переход тепла от холодного тела к более горячему возможен, но это крайне маловероятное событие. А в природе реализуются наиболее вероятные события.
manuscript.su
Реферат по курсу концепции современного естествознания студента группы Э61 экономического факультета ОмГУ Бубнова Андрея
Омский Государственный Университет
Омск, 1996
Мартын. Что такое perpetuum mobile ?
Бертольд. Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото — задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное, но найти perpetuum mobile… О!...
А. С. Пушкин. “Сцены из рыцарских времён”
Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу.
Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, то есть такой двигатель в котором в результате превращения энергии одного вида её получается больше, чем было.
Закон сохранения и превращения энергии является основным в современном естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет следующие отличительные разновидности: механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и др. Каждая из них может превращаться друг в друга, причём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энергии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальной системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды этой энергии, испытывая взаимные превращения.
Закон сохранения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал: “… так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте;… Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”.
Многие изобретатели пытались построить машину — вечный двигатель, способную совершать полезную работу без какихлибо изменений внутри машины. Все эти попытки заканчивались неудачей.
Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) — воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время. Каждая машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого промежутка времени полностью израсходует имевшийся в ней запас энергии на преодоление сил сопротивления и должна остановиться, так как продолжение работы означало бы получение энергии из ничего.
Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно: “ Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какогонибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.”
Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций :
1). подъём воды с помощью архимедова винта;
2). подъём воды с помощью капилляров;
3). использование колеса с неуравновешивающимися грузами;
4). природные магниты;
5). электромагнетизм;
6). пар или сжатый воздух.
Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.
Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря гореизобретателям, основана на применении колеса с неуравновешенными грузами.
К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрётся ось. Так думал неизвестный изобретатель. Но этого не будет происходить, и вот почему: хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается, следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.
Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия — Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф ГессенКассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении. Однако Орфиреус соглашался продавать машину не менее чем за 100000 рублей, из чего следует, что он получал весьма не маленький доход от нее. Он был, пожалуй, самым удачливым авантюристом, так как безбедно прожил до старости, получая немалый доход от показа машины. Однако его “вечный двигатель” оказался далеко не вечным — его приводили в действие брат и служанка, дёргая за искусно спрятанный шнурок.
Другим примером вечного двигателя может служить следующая машина. Масло или вода, налитое в сосуд, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями — ещё выше; верхний сосуд имеет жёлоб для стока масла, которое падает на лопатки винта, приводя его во вращение. Стёкшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобку на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении… Но здесь кроется ошибка: почему изобретатель думает, что масло должно стекать вниз с верхней, загнутой части фитиля? Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю; но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд мнимой вертушки от действия капиллярных сил может просочиться жидкость, то надо будет признать, что те же фитили могут перенести её обратно в нижний с помощью тех же сил.
Этот проект напоминает другой, изобретённый ещё в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, и затем повторявшийся во многочисленных вариациях. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает… тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо — винт !..
В истории изобретений вечного двигателя магнит сыграл не последнюю роль. Вот пример такого двигателя, описанного в XVII веке епископом Джоном Вилкенсоном.
Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных жёлоба, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней части, а нижний изогнут. Если на верхний жёлоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жёлоб, скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадёт на верхний жёлоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение.
Здесь сразу видна вся абсурдность этого изобретения. Почему шарик будет скатываться вниз? Он скатывался бы, если бы был только под действием силы тяжести. Но на него действует магнит, который тормозит его спуск, и следовательно, шарик не будет иметь достаточно энергии для того, чтобы подняться по закруглению и начать цикл сначала.
Большую популярность получила у изобретателей вечного двигателя идея соединения динамомашины с электромотором. Все подобные проекты сводятся к следующему — надо шкивы динамомашины и электромотора соединить ремнём, а провода от динамомашины подвести к электромотору. После первоначального импульса машины начнут вырабатывать энергию, и это будет продолжаться до бесконечности. Здесь всё сводится к тому, что если бы не было трения, они бы действительно вращались вечно. Но странно, что изобретателям не приходит в голову другой проект — соединить два шкива ремнём и дать толчок. Первый шкив, вращаясь, будет двигать второй, а второй, в свою очередь, сообщать энергию на движение первому.
Все вышеприведённые двигатели являлись двигателями первого рода, то есть такими двигателями, которые нарушают первое начало термодинамики. Согласно первому закону термодинамики мы имеем
Любая машина может совершать работу над внешними телами только за счёт получения извне количества теплоты Q (то есть энергии) или уменьшения своей внутренней энергии DU.
Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя.
Можно подсчитать, что при охлаждении мирового океана только на один градус можно получить энергию, достаточную для обеспечения всех потребностей человечества при современном уровне её потребления на 14000 лет.
Возможность создания такой машины, называемой вечным двигателем второго рода, не противоречит первому закону термодинамики. Однако все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что создание вечного двигателя второго рода, является столь же неразрешимой задачей, как и изготовление вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго основного постулата второго закона термодинамики.
Теплопередача самопроизвольно происходит только в одном направлении от горячего тела к холодному. Значит, чтобы энергия теплового движения молекул воды мирового океана превратилась в механическую энергию, необходимо иметь рабочее тело, температура которого ниже температуры воды в океане.
Из этого следует, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без какихлибо других изменений в природе. Иначе говоря, невозможно построить периодически действующую машину, которая непрерывно превращала бы теплоту в работу только за счёт охлаждения одного тела, без того чтобы в окружающих телах не произошло одновременно какихлибо изменений.
Физический смысл второго закона термодинамики заключается в том, что энергия теплового движения молекул вещества в одном отношении качественно отличается от всех других видов энергии механической, электрической, химической, ядерной и т.д. Это отличие заключается в том, что энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой вид энергии, в том числе в энергию теплового движения. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. В результате этого любой физический процесс в котором происходит превращение какоголибо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т.е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении.
Перпетуум мобиле вечный двигатель романтическая мечта подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, вотвот должны были заработать, но почемуто оставались в неподвижности; разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов… Но изза чего всё это происходило? Изза незнания элементарных физических законов, изза желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какаято тайна, чтото, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек...
Список литературы
Ихак Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы. М., 1991.
Краткий Политехнический Словарь. М., 1956.
Орд Хьюм А. Вечное движение. М., 1980.
Перельман Я. И. Занимательная физика. М., 1991.
www.ronl.ru
Реферат по курсу концепции современного естествознания студента группы Э61 экономического факультета ОмГУ Бубнова Андрея
Омский Государственный Университет
Омск, 1996
Мартын. Что такое perpetuum mobile ?
Бертольд. Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото — задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное, но найти perpetuum mobile… О!...
А. С. Пушкин. “Сцены из рыцарских времён”
Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу.
Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, то есть такой двигатель в котором в результате превращения энергии одного вида её получается больше, чем было.
Закон сохранения и превращения энергии является основным в современном естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет следующие отличительные разновидности: механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и др. Каждая из них может превращаться друг в друга, причём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энергии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальной системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды этой энергии, испытывая взаимные превращения.
Закон сохранения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал: “… так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте;… Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”.
Многие изобретатели пытались построить машину — вечный двигатель, способную совершать полезную работу без какихлибо изменений внутри машины. Все эти попытки заканчивались неудачей.
Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) — воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время. Каждая машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого промежутка времени полностью израсходует имевшийся в ней запас энергии на преодоление сил сопротивления и должна остановиться, так как продолжение работы означало бы получение энергии из ничего.
Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно: “ Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какогонибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.”
Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций :
1). подъём воды с помощью архимедова винта;
2). подъём воды с помощью капилляров;
3). использование колеса с неуравновешивающимися грузами;
4). природные магниты;
5). электромагнетизм;
6). пар или сжатый воздух.
Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.
Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря гореизобретателям, основана на применении колеса с неуравновешенными грузами.
К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрётся ось. Так думал неизвестный изобретатель. Но этого не будет происходить, и вот почему: хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается, следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.
Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия — Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф ГессенКассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении. Однако Орфиреус соглашался продавать машину не менее чем за 100000 рублей, из чего следует, что он получал весьма не маленький доход от нее. Он был, пожалуй, самым удачливым авантюристом, так как безбедно прожил до старости, получая немалый доход от показа машины. Однако его “вечный двигатель” оказался далеко не вечным — его приводили в действие брат и служанка, дёргая за искусно спрятанный шнурок.
Другим примером вечного двигателя может служить следующая машина. Масло или вода, налитое в сосуд, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями — ещё выше; верхний сосуд имеет жёлоб для стока масла, которое падает на лопатки винта, приводя его во вращение. Стёкшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобку на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении… Но здесь кроется ошибка: почему изобретатель думает, что масло должно стекать вниз с верхней, загнутой части фитиля? Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю; но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд мнимой вертушки от действия капиллярных сил может просочиться жидкость, то надо будет признать, что те же фитили могут перенести её обратно в нижний с помощью тех же сил.
Этот проект напоминает другой, изобретённый ещё в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, и затем повторявшийся во многочисленных вариациях. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает… тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо — винт !..
В истории изобретений вечного двигателя магнит сыграл не последнюю роль. Вот пример такого двигателя, описанного в XVII веке епископом Джоном Вилкенсоном.
Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных жёлоба, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней части, а нижний изогнут. Если на верхний жёлоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жёлоб, скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадёт на верхний жёлоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение.
Здесь сразу видна вся абсурдность этого изобретения. Почему шарик будет скатываться вниз? Он скатывался бы, если бы был только под действием силы тяжести. Но на него действует магнит, который тормозит его спуск, и следовательно, шарик не будет иметь достаточно энергии для того, чтобы подняться по закруглению и начать цикл сначала.
Большую популярность получила у изобретателей вечного двигателя идея соединения динамомашины с электромотором. Все подобные проекты сводятся к следующему — надо шкивы динамомашины и электромотора соединить ремнём, а провода от динамомашины подвести к электромотору. После первоначального импульса машины начнут вырабатывать энергию, и это будет продолжаться до бесконечности. Здесь всё сводится к тому, что если бы не было трения, они бы действительно вращались вечно. Но странно, что изобретателям не приходит в голову другой проект — соединить два шкива ремнём и дать толчок. Первый шкив, вращаясь, будет двигать второй, а второй, в свою очередь, сообщать энергию на движение первому.
Все вышеприведённые двигатели являлись двигателями первого рода, то есть такими двигателями, которые нарушают первое начало термодинамики. Согласно первому закону термодинамики мы имеем
Любая машина может совершать работу над внешними телами только за счёт получения извне количества теплоты Q (то есть энергии) или уменьшения своей внутренней энергии DU.
Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя.
Можно подсчитать, что при охлаждении мирового океана только на один градус можно получить энергию, достаточную для обеспечения всех потребностей человечества при современном уровне её потребления на 14000 лет.
Возможность создания такой машины, называемой вечным двигателем второго рода, не противоречит первому закону термодинамики. Однако все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что создание вечного двигателя второго рода, является столь же неразрешимой задачей, как и изготовление вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго основного постулата второго закона термодинамики.
Теплопередача самопроизвольно происходит только в одном направлении от горячего тела к холодному. Значит, чтобы энергия теплового движения молекул воды мирового океана превратилась в механическую энергию, необходимо иметь рабочее тело, температура которого ниже температуры воды в океане.
Из этого следует, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без какихлибо других изменений в природе. Иначе говоря, невозможно построить периодически действующую машину, которая непрерывно превращала бы теплоту в работу только за счёт охлаждения одного тела, без того чтобы в окружающих телах не произошло одновременно какихлибо изменений.
Физический смысл второго закона термодинамики заключается в том, что энергия теплового движения молекул вещества в одном отношении качественно отличается от всех других видов энергии механической, электрической, химической, ядерной и т.д. Это отличие заключается в том, что энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой вид энергии, в том числе в энергию теплового движения. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. В результате этого любой физический процесс в котором происходит превращение какоголибо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т.е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении.
Перпетуум мобиле вечный двигатель романтическая мечта подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, вотвот должны были заработать, но почемуто оставались в неподвижности; разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов… Но изза чего всё это происходило? Изза незнания элементарных физических законов, изза желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какаято тайна, чтото, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек...
Список литературы
Ихак Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы. М., 1991.
Краткий Политехнический Словарь. М., 1956.
Орд Хьюм А. Вечное движение. М., 1980.
Перельман Я. И. Занимательная физика. М., 1991.
www.ronl.ru
Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу.
Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, то есть такой двигатель в котором в результате превращения энергии одного вида её получается больше, чем было.
Закон сохранения и превращения энергии является основным в современном естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет следующие отличительные разновидности : механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и др. Каждая из них может превращаться друг в друга, причём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энергии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальной системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды этой энергии, испытывая взаимные превращения.
Закон сохранения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал : “...так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; ...Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”.
Многие изобретатели пытались построить машину — вечный двигатель, способную совершать полезную работу без каких-либо изменений внутри машины. Все эти попытки заканчивались неудачей.
Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) — воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время. Каждая машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого промежутка времени полностью израсходует имевшийся в ней запас энергии на преодоление сил сопротивления и должна остановиться, так как продолжение работы означало бы получение энергии из ничего.
Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно : “ Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какого-нибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.”
Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.
Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря горе-изобретателям, основана на применении колеса с неуравновешенными грузами.
К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрётся ось. Так думал неизвестный изобретатель. Но этого не будет происходить, и вот почему : хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается, следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.
Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия — Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф Гессен-Кассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении. Однако Орфиреус соглашался продавать машину не менее чем за 100000 рублей, из чего следует, что он получал весьма не маленький доход от нее. Он был, пожалуй, самым удачливым авантюристом, так как безбедно прожил до старости, получая немалый доход от показа машины. Однако его “вечный двигатель” оказался далеко не вечным — его приводили в действие брат и служанка, дёргая за искусно спрятанный шнурок.
Другим примером вечного двигателя может служить следующая машина. Масло или вода, налитое в сосуд, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями — ещё выше; верхний сосуд имеет жёлоб для стока масла, которое падает на лопатки винта, приводя его во вращение. Стёкшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобку на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении... Но здесь кроется ошибка : почему изобретатель думает, что масло должно стекать вниз с верхней, загнутой части фитиля ? Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю; но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд мнимой вертушки от действия капиллярных сил может просочиться жидкость, то надо будет признать, что те же фитили могут перенести её обратно в нижний с помощью тех же сил.
Этот проект напоминает другой, изобретённый ещё в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, и затем повторявшийся во многочисленных вариациях. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает ... тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо — винт!..
В истории изобретений вечного двигателя магнит сыграл не последнюю роль. Вот пример такого двигателя, описанного в XVII веке епископом Джоном Вилкенсоном.
Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных жёлоба, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней части, а нижний изогнут. Если на верхний жёлоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жёлоб , скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадёт на верхний жёлоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение.
Здесь сразу видна вся абсурдность этого изобретения. Почему шарик будет скатываться вниз ? Он скатывался бы, если бы был только под действием силы тяжести. Но на него действует магнит, который тормозит его спуск, и следовательно, шарик не будет иметь достаточно энергии для того, чтобы подняться по закруглению и начать цикл сначала.
Большую популярность получила у изобретателей вечного двигателя идея соединения динамо-машины с электромотором. Все подобные проекты сводятся к следующему — надо шкивы динамо-машины и электромотора соединить ремнём, а провода от динамо-машины подвести к электромотору. После первоначального импульса машины начнут вырабатывать энергию, и это будет продолжаться до бесконечности. Здесь всё сводится к тому, что если бы не было трения, они бы действительно вращались вечно. Но странно, что изобретателям не приходит в голову другой проект — соединить два шкива ремнём и дать толчок. Первый шкив, вращаясь, будет двигать второй, а второй, в свою очередь, сообщать энергию на движение первому.
Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя.
Можно подсчитать, что при охлаждении мирового океана только на один градус можно получить энергию, достаточную для обеспечения всех потребностей человечества при современном уровне её потребления на 14000 лет.
Возможность создания такой машины, называемой вечным двигателем второго рода, не противоречит первому закону термодинамики. Однако все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что создание вечного двигателя второго рода, является столь же неразрешимой задачей, как и изготовление вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго основного постулата - второго закона термодинамики.
Теплопередача самопроизвольно происходит только в одном направлении - от горячего тела к холодному. Значит, чтобы энергия теплового движения молекул воды мирового океана превратилась в механическую энергию, необходимо иметь рабочее тело, температура которого ниже температуры воды в океане.
Из этого следует, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без каких-либо других изменений в природе. Иначе говоря, невозможно построить периодически действующую машину, которая непрерывно превращала бы теплоту в работу только за счёт охлаждения одного тела, без того чтобы в окружающих телах не произошло одновременно каких-либо изменений.
Физический смысл второго закона термодинамики заключается в том, что энергия теплового движения молекул вещества в одном отношении качественно отличается от всех других видов энергии - механической, электрической, химической, ядерной и т.д. Это отличие заключается в том, что энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой вид энергии, в том числе в энергию теплового движения. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. В результате этого любой физический процесс в котором происходит превращение какого-либо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т.е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении.
Перпетуум мобиле - вечный двигатель - романтическая мечта подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, вот-вот должны были заработать, но почему-то оставались в неподвижности; разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов... Но из-за чего всё это происходило ? Из-за незнания элементарных физических законов, из-за желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какая-то тайна, что-то, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек...
Литература
www.uznaem-kak.ru
