Вечный двигатель второго рода

ПОЛНОЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОАНИЕ ВОЗМОЖНО ЛИШЬ
В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ВТОРОГО РОДА !
Вечных двигателей не бывает, это моё твёрдое убеждение. Но не существует и запрета на преобразование энергии с кпд близким к 100%, по крайней мере, на современном уровне, этого ещё, ни кто не доказал. В пользу сказанного, говорят практически достигнутые результаты по преобразованиям механической энергии в механическую же энергию, или же электромеханические преобразования. Достигнутые, в них, на сегодня кпд порядка 97-98% , давно должны были насторожить современных учёных и заставить их усомниться в, декларируемой Карно, ущербности термодинамических преобразований. Жалкая попытка научного обоснования получающегося низкого кпд , так называемых тепловых двигателей, теплородиста Карно, антинаучна в своих основах. Более того, в описании своего знаменитого цикла, Карно допускает, несколько, противоречащих самому себе выводов и противоречащих здравому смыслу умозаключений. Может быть причина низкого кпд, при термодинамических преобразованиях энергии, заключается в несовершенстве выбранного способа? Был ведь период времени, к примеру, когда лампы накаливания считались пределом совершенства, теперь же , когда мы чуточку разобрались в физике преобразования химической, электрической, электромагнитной энергии в эл.магнитное излучение видимого(и не только) спектра, появились лазеры, светодиоды, а эл.лампы накаливания уже сами стали полным отстоем в своей области. Может быть нам хотя бы усомниться во всемогуществе термодинамики? Ведь, до настоящего времени, человечество применяло, практически, лишь один единственный способ, способ перепада давлений. Он использован во всех двигателях от паровозного до ракетного, в доказательство сказанного могу предложить, сомневающимся, обеспечить подачу в рабочие камеры всех, известных двигателей, обыкновенного сжатого воздуха, с параметрами давлений рабочего тела и они будут работать. Но не будем забегать вперёд, рассмотрим всё по порядку. На сегодня мы имеем три основных интерпретации второго начала термодинамики:
1.Не возможен процесс, при котором теплота, переходила бы самопроизвольно, от тел более холодных к телам более нагретым. Р. Клаузиус(1850)
2.Невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к совершению механической работы и соответствующему охлаждению теплового резервуара. У.Томпсон (Кельвин)(1851).
3.Энтропия как функция беспорядка, в замкнутых системах может только возрастать.

1.Рассмотрим первую формулировку. Начнем с понятия ‘теплота’, как видим оно применено как имя существительное, с явно сопутствующими вещественными свойствами, всё как понимал и завещал Карно. С таким наследием мы переходим в третье тысячелетие???
Общепризнано атомно-молекулярное строение материи. Разработана и почитаема молекулярно-кинетическая теория. МКТ объясняет тепловые явления как проявление кинетической энергии хаотического движения молекул. НЕТ теплорода, тепла, теплоты. Нет и тепловой энергии вне молекул. Есть кинетическая энергия молекул как мера движения молекул. Материальны сами молекулы и их движение. Именно вещественность тепла, теплоты, провозглашенная Карно, требует определения направления ее перемещения. В МКТ превалирующая энергия молекул с высокотемпературных участков распространяется на низкотемпературные участки пространства. Теплообмена не существует, как и тепла. Не ясна цель моих высказываний? Воздух из поврежденной автомобильной камеры самопроизвольно распространится в окружающее пространство, но автомобильная камера не может самопроизвольно накачаться воздухом окружающей среды. И ни какого ‘пневмообмена’. Это неоспоримо, это ‘ежу понятно’. Заметьте, безо всякого ‘второго начала пневматики’, а всё потому, что нам не затуманили голову ‘вещественным пневмородом’, а дали физику возникновения давления газа без идеалистического искажения.
Превалирующая энергия молекул области пространства распространяется, рассеивается, в области ее относительного недостатка. НЕ теплообмен, ни в коем случае! Областям с недостатком отдавать нечего, они принимают избыток энергии молекул распространяющийся из областей с превалирующей энергией. Когда мы уясним, что нет теплоты, нет и теплообмена, станет явной никчемность этой формулировки второго начала. Но самое главное, мы только с этого момента освободимся от теплородного наследия термодинамики, вещественности теплоты.
Для этого не нужны знания ‘высоких материй’, нужно лишь последовательно во всём разобраться, сопоставлением всех аргументов, раз и навсегда и никогда не возвращаясь к ранее отвергнутому. Как, например, поступили с геоцентрической моделью вселенной. У нас же получилось примерно так: ‘земля на трёх китах это глупость:.это вселенная, с её галактиками, она точно на трёх китах’.
Резюме этому рассуждению: указанная формулировка второго начала, дана теплородистами для выхода из тупиковой ситуации, куда их завела вещественность тепла и теплоты. Для МКТ это ‘пятое колесо’ и нужно не более чем выше описанный закон пневматики.

2. Вторую формулировку считают аналогом первой. Позвольте не согласиться. То, что нарушение ‘постулированного направления движения теплоты’, позволило бы создать в.д. второго рода это логично. Но на каком основании мы утверждаем, что если не нарушить этого постулата то в.д. второго рода не создать, лично для меня огромная загадка. Предположим, что невозможность полного преобразования мы найдём в постулатах и цикле Карно. Пробежимся указочкой по строкам описания цикла Карно. Небольшое авторское пояснение, несмотря на то, что я в принципе не приемлю теплородистких, тепло вещественных позиций, а именно из них сложено всё описание, я тем не менее беру без каких либо изменений первоисточное изложение.
‘Карно цикл, обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту).’
Теплота не вещественна, поэтому я бы предложил говорить о следующем. Термодинамическое преобразование энергии это процесс превращения кинетической энергии молекул рабочего тела(р. т.), в кинетическую энергию движущихся частей машины или наоборот.
‘Р.т. последовательно находится в тепловом контакте с двумя тепловыми резервуарами(имеющими постоянные темп-ры) — нагревателем(с темп-рой Т1) и холодильником (с темп-рой Т 2 < T1). Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом определённого кол-ва теплоты от нагревателя к холодильнику.’
Ничего ни куда не переносится, не обязательны ни тепловые контакты, ни разность температур. Для совершения термодинамического преобразования сразу обозначим, первого рода, т.е. единственного его вида применённого во всех известных ныне, так называемых, тепловых двигателях, необходимым условием является наличие разности давлений р.т. между рабочей зоной и зоной сброса р.т. Достаточными условиями является: а) перепад давления должен соответствовать возникающей результирующей, величина которой должна быть больше или равна величины противодействующих сил сопротивления, в числе которых — снимаемое усилие; б) принимающее энергию тело (поршень, ротор турбины или масса самой ракеты) должно находиться в движении. Это всё!
Вы возразите, как же? Двигатель то, тепловой. Во-первых, из выше сказанного следует, что он в первую очередь пневматический. Нагрев р.т. используется лишь для создания превалирующего давления р.т. и является, наиболее эффективным методом его создания. Подайте вместо р.т. сжатый воздух и любой известный ‘тепловой двигатель’ будет работать. Декомпрессия остановит любой ‘тепловой двигатель’. Кто-либо пытался проанализировать этот факт? Если в цилиндре с поршнем, р.т. будет иметь давление 1атм, то поршень не шелохнется в среде выброса с давлением 1атм, даже если температура р.т. внутри него будет больше15000. И наоборот, если температура в цилиндре будет равна температуре атмосферы, но давление р.т. будет удовлетворять сформулированному необходимому и достаточным условиям, то поршень будет выдвигаться и процесс т.д. преобразования происходить. Этот вывод вообще следует из элементарной формулы действующих на поршень сил, со стороны р.т. и со стороны атмосферы: F = Fр.т.- Fатм. = Pр. т.*Sпоршня — Pатм.*S поршня = Sпоршня ( Pр.т. -Pатм.).
Где вы видите прямую зависимость сил от температуры?
Перейдём к просмотру самого цикла:
‘Р.т. (например пар в цилиндре под поршнем) при температуре Т1 приводится в соприкосновение с нагревателем и изотермически получает от него кол-во теплоты &#948;Q1 (при этом пар расширяется и совершает работу) , этому соответствует отрезок изотермы АВ.’
Вы не забыли температуру этого нагревателя? Вернитесь наверх — Т1, так и есть. И как Вы собрались передавать теплоту от нагревателя с температурой Т1 рабочему телу с Т1? Не могу не сделать ‘лирического отступления’, ибо меня часто упрекают в непочтительном отношении к Карно, поэтому хочу внести ясность в этом вопросе. Это предложение человека с планеты ‘Ниберу’? Землянам, допускающим такой процесс, я предлагаю, с чайником воды, имеющим температуру 1000С, войти в сауну с температурой 1000С. Как закипит, звоните, я прилечу с 1*106баксов, для торжественного вручения Вам. Я бы хотел посмотреть, вживую, на землянина обогревающего свое жилище с Т=200, радиаторами с Т=200, звоните, доставьте удовольствие. Кстати, не забывайте, процесс этого квазистатического изотермического преобразования применён светилами науки в двигателях! Не забыли сколько оборотов совершают двигатели в секунду? Я напоминаю для укрепления вашей уверенности в выборе квазистатических процессов для описания их работы. Но это не всё, это всего лишь здравый смысл. На самом деле всё ещё хуже, Карно…

Вечный двигатель второго рода | это… Что такое Вечный двигатель второго рода?

Ве́чный дви́гатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %).

Современная классификация вечных двигателей

• Вечный двигатель первого рода — двигатель (воображаемая машина), способный бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Их существование противоречит первому закону термодинамики. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал.
• Вечный двигатель второго рода — воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел (см. Демон Максвелла). Они противоречат второму закону термодинамики. Согласно Второму началу термодинамики, все попытки создать такой двигатель обречены на провал.

История

Индийский или арабский перпетуум мобиле с небольшими косо закрепленными сосудами, частично наполненными ртутью.

Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в. , хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде^[1]. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе». Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики, приблизительно к XIII веку. К XVI — XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран. Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя.

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Дифференциальная причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода.

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

В 1775 году Парижская академия наук приняла решения не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания.

В Российской Федерации заявки на патентование вечного двигателя не рассматриваются, хотя Андрею Мельниченко они были выданы: Сайт Роспатента login: guest password: guest

Заявки на патент:

№ 2006142180 (2008.06.10) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005138780 (2007.07.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005128940 (2007.03.27) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ ПРИ РЕЗОНАНСНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005100451 (2006.06.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

Известные изобретатели вечных двигателей

• Бесслер, Иоганн Эрнст Элиас
• Чернышевский, Николай Гаврилович

Литература

• Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения. М., 1926.
• Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
• Кирпичёв В. Л. Беседы по механике. М.: ГИТЛ, 1951.
• Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его. СПб., 1909.
• Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня. М.: Мир, 1984.
• Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи. М.: Знание, 1980.
• Перельман Я. И. Занимательная физика. Кн. 1 и 2. М.: Наука, 1979.
• Петрунин Ю. Почему идея вечного двигателя не существовала в античности? // Петрунин Ю.Ю. Призрак Царьграда: неразрешимые задачи в русской и европейской культуре. — М.: КДУ, 2006, с. 75-82

Примечания

1. ↑ ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Наиболее ранние сведения о вечных двигателях

Вечный двигатель второго рода | это… Что такое Вечный двигатель второго рода?

Ве́чный дви́гатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %).

Современная классификация вечных двигателей

• Вечный двигатель первого рода — двигатель (воображаемая машина), способный бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Их существование противоречит первому закону термодинамики. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал.
• Вечный двигатель второго рода — воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел (см. Демон Максвелла). Они противоречат второму закону термодинамики. Согласно Второму началу термодинамики, все попытки создать такой двигатель обречены на провал.

История

Индийский или арабский перпетуум мобиле с небольшими косо закрепленными сосудами, частично наполненными ртутью.

Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде^[1]. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе». Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики, приблизительно к XIII веку. К XVI — XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран. Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя.

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Дифференциальная причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода.

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

В 1775 году Парижская академия наук приняла решения не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания.

В Российской Федерации заявки на патентование вечного двигателя не рассматриваются, хотя Андрею Мельниченко они были выданы: Сайт Роспатента login: guest password: guest

Заявки на патент:

№ 2006142180 (2008.06.10) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус. ))

№ 2005138780 (2007.07.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005128940 (2007.03.27) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ ПРИ РЕЗОНАНСНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005100451 (2006.06.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

Известные изобретатели вечных двигателей

• Бесслер, Иоганн Эрнст Элиас
• Чернышевский, Николай Гаврилович

Литература

• Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения. М., 1926.
• Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
• Кирпичёв В. Л. Беседы по механике. М.: ГИТЛ, 1951.
• Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его. СПб., 1909.
• Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня. М.: Мир, 1984.
• Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи. М.: Знание, 1980.
• Перельман Я. И. Занимательная физика. Кн. 1 и 2. М.: Наука, 1979.
• Петрунин Ю. Почему идея вечного двигателя не существовала в античности? // Петрунин Ю.Ю. Призрак Царьграда: неразрешимые задачи в русской и европейской культуре. — М.: КДУ, 2006, с. 75-82

Примечания

1. ↑ ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Наиболее ранние сведения о вечных двигателях

Вечный двигатель второго рода | это… Что такое Вечный двигатель второго рода?

Ве́чный дви́гатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %).

Современная классификация вечных двигателей

• Вечный двигатель первого рода — двигатель (воображаемая машина), способный бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Их существование противоречит первому закону термодинамики. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал.
• Вечный двигатель второго рода — воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел (см. Демон Максвелла). Они противоречат второму закону термодинамики. Согласно Второму началу термодинамики, все попытки создать такой двигатель обречены на провал.

История

Индийский или арабский перпетуум мобиле с небольшими косо закрепленными сосудами, частично наполненными ртутью.

Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в. , хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде^[1]. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе». Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики, приблизительно к XIII веку. К XVI — XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран. Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя.

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Дифференциальная причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода.

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

В 1775 году Парижская академия наук приняла решения не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания.

В Российской Федерации заявки на патентование вечного двигателя не рассматриваются, хотя Андрею Мельниченко они были выданы: Сайт Роспатента login: guest password: guest

Заявки на патент:

№ 2006142180 (2008.06.10) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005138780 (2007.07.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005128940 (2007.03.27) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ ПРИ РЕЗОНАНСНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005100451 (2006.06.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

Известные изобретатели вечных двигателей

• Бесслер, Иоганн Эрнст Элиас
• Чернышевский, Николай Гаврилович

Литература

• Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения. М., 1926.
• Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
• Кирпичёв В. Л. Беседы по механике. М.: ГИТЛ, 1951.
• Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его. СПб., 1909.
• Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня. М.: Мир, 1984.
• Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи. М.: Знание, 1980.
• Перельман Я. И. Занимательная физика. Кн. 1 и 2. М.: Наука, 1979.
• Петрунин Ю. Почему идея вечного двигателя не существовала в античности? // Петрунин Ю.Ю. Призрак Царьграда: неразрешимые задачи в русской и европейской культуре. — М.: КДУ, 2006, с. 75-82

Примечания

1. ↑ ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Наиболее ранние сведения о вечных двигателях

как человечество пытается создать вечный двигатель — Промо на vc.ru

И у него каждый раз почти получается.

16 867
просмотров

Материал подготовлен при поддержке InfinityLab

Бесконечная энергия — одно из давних мечтаний человечества. Идея создать вечный двигатель дешёвой и чистой энергии не давала покоя многим видным умам Средневековья и Нового времени. Вспомним самые удивительные примеры perpetuum mobile и объясним, почему ни одно из них так и не заработало.

В вечном поиске

Вечный двигатель — это воображаемая машина, которую достаточно запустить всего раз — и она будет бесконечно работать на внутреннем ресурсе, не заимствуя энергию извне. Другими словами, устройство должно воссоздавать энергию из ничего.

Насколько известно историкам, возможность создания подобного устройства не заинтересовала ни греков, ни римлян (во всяком случае ни чертежи, ни макеты учёным не встречались). Первые сохранившиеся до наших дней проекты вечного двигателя дошли до нас из Европы примерно XIII века.

Время это было кипучее и деятельное: пока французы с англичанами выясняли отношения в Столетней войне, шотландцы боролись за независимость, а нижнесаксонские купцы объединялись в Ганзу, о механизации тоже никто не забывал. Развивались ремёсла, совершенствовались машины, росли производства.

Средневековое производство выглядело так Wikipedia

Общество нуждалось в новых источниках дешёвой энергии, способной раздувать меха в кузнях, крутить мельничные жернова и поднимать грузы на стройках. В итоге до наших дней сохранилось свыше тысячи проектов вечного двигателя.

Колёса, магниты, гидравлика

Идея вечного двигателя вытекала из средневековых представлений об окружающем мире. Мыслители того времени регулярно наблюдали явление, которое они называли perpetuum mobile naturale, или «естественное вечное движение»: небесных тел по небосводу, приливов и отливов, течения рек. А раз такое движение возможно в природе, значит, его можно повторить и опытным путём, размышляли они. Так и появилась мечта о perpetuum mobile artificae, что означает «искусственное вечное движение».

Модели вечных двигателей того времени делятся на механические, магнитные и гидравлические. Большинство механических основаны на идее колеса: если обеспечить постоянный перевес одной стороны колеса над другой, оно будет постоянно крутиться.

Визуализация колеса Бхаскара Shutterstock

Первым до этого додумался живший в XII веке индиец Бхаскара. До наших дней дошло описание колеса, к которому на равных расстояниях и под определённым углом крепились заполненные ртутью трубки.

По замыслу изобретателя, в зависимости от положения колеса жидкость переливалась либо во внешний, либо во внутренний конец трубки, создавая таким образом разницу в весе между двумя частями колеса и заставляя его крутиться. На том же принципе основаны и более поздние чертежи «вечного» колеса.

Колесо Виллара д’Оннекура, XIII век

Чертёж колеса д’Оннекура Wikipedia

Французский архитектор и инженер Виллар д’Оннекур был очень увлечённым человеком: его одинаково интересовало и устройство кафедральных соборов, и дрессировка львов. В 1240 году д’Оннекур выпустил «Книгу рисунков» — альбом разнообразных чертежей и записей, среди которых встречается чертёж колеса, «способного вращаться само собой».

Колесо д’Оннекура представлено в двух видах: с ртутью (в целом похожее на устройство Бхаскары) и молоточками. Молоточков к колесу крепилось нечётное количество, то есть с одной стороны их всегда свисало больше, чем с другой, — чтобы одна сторона перевешивала другую. Но с каждым поворотом колеса на более тяжёлой стороне должен появляться новый молоточек — процесс будет повторяться до бесконечности. Точнее, до того момента, когда владельцам колеса потребуется заменить износившуюся ось.

Почему эта идея не сработает: модель не учитывает, что, хотя слева всегда будет больше молоточков, сумма сил тяжести левых грузов будет примерно равна сумме сил тяжести правых грузов, что приведёт к тому, что на практике подобное колесо просто остановится.

Вечное колесо и архимедов винт Леонардо да Винчи

Модель вечного колеса да Винчи Adobe Stock

Один из самых известных естествоиспытателей эпохи Возрождения Леонардо да Винчи не мог пройти мимо идеи вечного двигателя и много экспериментировал над устройством. Сначала он проводил опыты с уже известными схемами колеса, затем начал вносить в модель существенные изменения.

В 1487 году Леонардо переключился на принципиально новую схему, основанную на винте Архимеда. Предполагалось, что вода будет подниматься с помощью винта на некоторую высоту, выливаться в жёлоб и стекать на лопасти колеса, вращающего винт.

Почему эта идея не сработает: модель Леонардо не учитывает силу трения. Для того чтобы двигатель вращал сам себя, он должен обладать избыточной энергией, которая уходила бы на преодоление силы трения. Но достать такую энергию неоткуда.

Магнитный двигатель Джона Уилкинса, 1649 год

Схема магнитного двигателя Lockhaven University

В середине XVII века английский епископ, исследователь и естествоиспытатель Джон Уилкинс написал книгу «Сотня изобретений», в которой предложил идею магнитного двигателя.

Сильный магнит ставится на подставку, к которой один над другим крепятся два наклонных жёлоба. У первого есть небольшое отверстие в верхней части, а у второго — закруглённый нижний конец, доходящий до края верхнего жёлоба.

Если на первый жёлоб положить небольшой железный шарик, тот покатится не вниз, а вверх, повинуясь притяжению магнита. Однако, добравшись до отверстия, он обязательно провалится вниз, скатится на второй жёлоб, докатится до самого края и… снова попадёт на первый жёлоб, чтобы, повинуясь притяжению магнита, покатиться вверх…

Почему эта идея не сработает: Уилкинс отлично разбирался в магнитах и сам понимал, что его идея не сработает. Если магнит будет слишком мощным, он просто не даст шарику провалиться в отверстие, а если слишком слабым — то шарик не будет притягиваться. А если шарик всё-таки провалится вниз, магнит продолжит действовать, замедляя «падение». То есть у шарика просто не хватит скорости, чтобы добраться до верхнего края нижнего жёлоба и снова попасть на верхний.

Самодвижущееся колесо Орфиреуса, 1717 год

Чертежи самодвижущегося колеса Орфиреуса Wikipedia

2 ноября 1717 года саксонский инженер Иоганн Бесслер, также известный под именем Орфиреус, представил свой проект вечного двигателя. Его конструкция представляла собой оснащённое системой противовесов полое самодвижущееся колесо диаметром около четырёх метров. До самой своей смерти Орфиреус получал неплохие деньги, демонстрируя своё колесо сначала на ярмарках, затем при дворе могущественных аристократов.

Ландграф Гессен-Кассельский, один из таких аристократов, дважды устраивал колесу Орфиреуса испытания, оставляя устройство в наглухо запертой комнате сначала на две недели, затем на сорок дней. И оба раза спустя это время колесо продолжало вертеться.

Ландграф был вынужден признать, что колесо работает, однако в течение долгого времени тому, кто уличит Орфиреуса в жульничестве, полагалась крупная премия в размере 1000 марок. История умалчивает, получили ли эти деньги жена и служанка (видимо, уже бывшие) инженера, но именно они раскрыли секрет движущегося колеса.

После одной из ссор с Орфиреусом почтенные дамы рассказали, что на самом деле колесо приводилось в действие людьми, незаметно дёргающими за тонкий шнурок. Но как именно Орфиреусу удалось заставить колесо крутиться после месяца в запертой комнате — так и осталось тайной.

Создать вечный двигатель невозможно…

Первые сомнения в том, что вечный двигатель вообще можно создать, появились ещё в XV веке. Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Симон Стевин, Галилео Галилей и другие выдающиеся естествоиспытатели пришли к выводу, что создание вечного двигателя в принципе невозможно. Однако их выводам не хватало научной базы.

Она появилась только после того, как физики открыли один из самых фундаментальных законов природы — закон сохранения энергии. Его суть сводится к тому, что энергию нельзя создать или разрушить, её можно лишь преобразовать из одной формы в другую. Соответственно, сама идея устройства, способного создавать энергию из ничего, противоречит природе.

Закон сохранения механической энергии был сформулирован в 1686 году Готфридом Лейбницем, но на всю природу его действие Юлиус Майер, Джеймс Джоуэль и Герман Гельмгольц распространили только в середине XIX века. И всё же в 1775 году, не дожидаясь научного обоснования, Французская академия наук отказалась рассматривать новые проекты вечного двигателя.

Работа вопреки

Многие естествоиспытатели руководствуются принципом: если все кругом говорят, что что-то невозможно, нужно обязательно найти способ эту невозможность обойти.

Закон сохранения энергии иначе называют первым началом термодинамики. Соответственно, все вечные двигатели, о которых мы говорили до этого момента и которые противоречили первому началу термодинамики, стали называть вечными двигателями первого рода.

Однако в XIX веке появились модели устройств, принципы работы которых никак не противоречили закону сохранения энергии. Такие устройства стали называть вечными двигателями второго рода. И если двигатели первого типа были построены вокруг принципов постоянного движения, то суть второго типа сводилась к изобретению неограниченно долго работающих машин, способных превращать в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел.

Схема нуль-мотора Гэмджи Wikireading

В 1880 году американский профессор Гэмджи предложил сконструированный им нуль-мотор, который должен был работать, извлекая теплоту из равновесной окружающей среды. Двадцать лет спустя похожую модель предложил изобретатель действующей установки для сжижения воздуха Чарльз Триплер.

В марте 1899 года в журнале McClure’s Magazine вышла посвящённая Триплеру хвалебная статья: автор сообщал, что, использовав работающее на жидком воздухе устройство, Триплер создал из 3 галлонов воздуха 10 галлонов жидкости.

Оценить эффективность работы устройства Триплера не представляется возможным, поскольку журналиста он попросту обманул, назвав выдуманные цифры. Невозможность создания вечных двигателей второго типа в 1851 году подтвердил британский физик Уильям Томпсон, лорд Кельвин. Он доказал, что в природе невозможны процессы, единственным следствием которых была бы произведённая за счёт охлаждения теплового резервуара механическая работа.

Постулат Кельвина со временем лёг в основу второго начала термодинамики. Таким образом, хотя изобретатели вечных двигателей и не смогли принести в мир бесконечные источники дешёвой энергии, попытки опровергнуть возможность существования подобных двигателей привели к появлению множества физических теорий, теорем и гипотез и существенно способствовали развитию науки.

Но история создания вечных двигателей не закончилась в XIX веке. Попытки создать энергию из ничего, или из «физического вакуума», не прекращаются и сегодня. Такие двигатели, принципы действия которых не нарушают первого или второго начала термодинамики, в шутку называют «вечными двигателями третьего рода».

А что сейчас?

В 2020 году физики из Университета Арканзаса разработали на основе графена схему, которую уже предлагают считать генератором чистой и бесконечной энергии.

Пол Тибо, руководитель исследования Университет Арканзаса

Учёные выяснили, что под действием броуновского движения внутри графена медленно колеблется и изгибается одиночно закреплённая пластина толщиной в один атом углерода. Чтобы преобразовать полученный в результате этих колебаний переменный ток в постоянный, физики предложили использовать схему с двумя диодами.

Проведённый эксперимент доказал, что схема генерирует добавочную мощность на нагрузке. Арканзасские физики считают, что, если поставить на графеновый кристалл миллионы подобных схем, они смогут вырабатывать энергию в неограниченных количествах, но в малых объёмах.

Визуализация установки Tri Alpha Energy Tri Alpha Energy

Ещё один неиссякаемый источник чистой энергии обещает построить к 2027 году американская фирма Tri Alpha Energy. Занимающаяся разработками в сфере термоядерной энергии компания недавно привлекла полмиллиарда долларов, которые пойдут на совершенствование существующих методов термоядерного синтеза и строительство первого в мире частного термоядерного реактора.

Проблема термоядерного синтеза сводится к тому, что ещё никому не удавалось нагреть атомы водорода до нужной температуры. Однако инженерам компании удалось удержать плазму в стабильном состоянии при температуре в 10 миллионов градусов Цельсия в течение 11,5 миллисекунды.

Для того чтобы добиться нужных результатов, оставалось поддерживать температуру достаточно долго, чтобы началась самоподдерживающаяся реакция.

А в 2017 году группа учёных из долгопрудненского МФТИ под руководством Гордея Лесовика нашла способ создать квантовое устройство, нарушающее второе начало термодинамики и обладающее почти стопроцентным КПД.

Исследователи из МФТИ Гордей Лесовик (слева) и Андрей Лебедев (справа) МФТИ

Правда исследования одних физиков МФТИ уже успели опровергнуть другие — в августе 2017 года на сайте студенческого портала физтеха «Поток» появилась статья сотрудника МФТИ Михаила Фейгельмана, который обвинил коллег в обмане, фальсификации и подтасовке результатов своих исследований в научных статьях. А год спустя в том, что созданный подмосковными физиками двигатель работает как надо, засомневались и учёные из Дрезденского университета.

Энергию нельзя создать из ничего, но её можно сохранить — чтобы использовать позднее. Пример таких «хранителей энергии» — зарядные устройства InfinityLab. Они компактные, энергоёмкие, а корпус на 90% состоит из переработанного пластика.

Пауэрбэнки InstantGo ёмкостью 10 000 мАч заряжают смартфоны, планшеты и ноутбуки по USB-A. В комплекте встроенный кабель на выбор — USB-C или Lightning, а модель Wireless поддерживает беспроводную зарядку стандарта Qi и способна за 70 минут восполнить ресурс небольших ноутбуков по кабелю USB-C.

Накапливает и отдаёт энергию как пауэрбанк портативный спикерфон ClearCall — устройство для конференцсвязи. По размеру он чуть больше коробки из-под компакт-диска, а весит как банка газировки — 340 грамм. В спикерфоне четыре микрофона с шумоподавлением, по нему можно непрерывно разговаривать до 24 часов или заряжать аккумуляторы до 6500 мАч.

Зарядить смартфон без провода поможет настольная станция InstantStation Wireless. Она оснащена портами USB-A и USB-C, поэтому одновременно способна заряжать сразу три устройства. Быстрая зарядка наполовину заполняет батарею небольшого ноутбука за 70 минут. К станции можно приобрести кабели, которые выдерживают 35 000 сгибаний и поставляются в биоразлагаемой упаковке.

Подробнее

Вечный двигатель второго рода. Почему невозможно создать вечный двигатель

• Вечный двигатель первого рода
  — двигатель (воображаемая машина), способный бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Их существование противоречит первому закону термодинамики. Согласно закону сохранения энергии
• Вечный двигатель второго рода
  — воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел (см. Демон Максвелла). Они противоречат второму закону термодинамики. Согласно Второму началу термодинамики , все попытки создать такой двигатель обречены на провал.

История

Индийский или арабский перпетуум мобиле с небольшими косо закрепленными сосудами, частично наполненными ртутью.

Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде . В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе»
. Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики , приблизительно к XIII веку. К XVI — XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран. Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя.

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо , в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага , должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Дифференциальная причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда . Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода.

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

Литература

• Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения
  . М., 1926.
• Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель
  . М., 1922.
• Кирпичёв В. Л. Беседы по механике
  . М.: ГИТЛ, 1951.
• Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его
  . СПб., 1909.
• Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня
  . М.: Мир, 1984.
• Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи
  . М.: Знание, 1980.
• Перельман Я. И. Занимательная физика
  . Кн. 1 и 2. М.: Наука, 1979.
• Петрунин Ю. Почему идея вечного двигателя не существовала в античности?
  // Петрунин Ю.Ю. Призрак Царьграда: неразрешимые задачи в русской и европейской культуре. — М.: КДУ, 2006, с. 75-82

Примечания

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Смотреть что такое «Вечный двигатель второго рода» в других словарях:

— … Википедия

Перпетуум м о б и л е (лат. perpetuum mobile непрерывное движение), 1) В. д. первого рода воображаемая машина, к рая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не потребляя энергии извне. В. д. первого рода… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Вечный двигатель
— (лат. perpetuum mobile) воображаемая машина, которая может совершать работу неограниченное время, не заимствуя энергии извне. Невозможность вечного двигателя 1 го рода одна из формулировок 1 го начала термодинамики. Невозможность вечного… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

Мифология науки система сакрального знания в науке, широко распространённые, массовые заблуждения. Мифы в науке возникают при её популяризации. Чтобы донести до обычного читателя научные факты или открытия в доступной форме авторы научно… … Википедия

Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %). Содержание 1 Современная классификация вечных двигателей 2 История … Википедия

ТЕРМОДИНАМИКА
— ТЕРМОДИНАМИКА, отдел учения о теплоте, в обширном смысле слова учение об энергии н потому имеет отношение ко всем физическим, химическим и биол. явлениям. Она построена на двух положениях, называемых началами, полученных опытно, чуждых каких… … Большая медицинская энциклопедия

Наука о наиб. общих св вах макроскопич. физ. систем, находящихся в состоянии термодинамич. равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями. Т. строится на основе фундам. принципов (начал), к рые явл. обобщением многочисл. наблюдений и… … Физическая энциклопедия

— (Thomson) (в 1892 за научные заслуги получил титул барона Кельвина, Kelvin) (1824 1907), английский физик, член (1851) и президент (1890 1895) Лондонского королевского общества, иностранный член корреспондент (1877) и иностранный почётный член… … Энциклопедический словарь

Раздел прикладной физики или теоретической теплотехники, в котором исследуется превращение движения в теплоту и наоборот. В термодинамике рассматриваются не только вопросы распространения теплоты, но и физические и химические изменения, связанные … Энциклопедия Кольера

|
Механические вечные двигатели.
|
Мнимые перпетуум мобиле.
|
Мошенничество с изобретением Орфиреуса
|
Наиболее ранние сведения о вечных двигателях.
|
На пути к определению понятий работы и энергии.
|
Научная
фантастика и перпетуум
мобиле.
|
Опыты
с
магнетизмом.
|
Первые попытки создания вечных двигателей.
|
Период наивысшего расцвета идеи perpetuum mobile.
|
Перпетуум мобиле в эпоху Возрождения.

|
Разгар
дискуссии о вечном двигателе.
|
Споры
вокруг
перпетуум
мобиле.

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. Поэтому можно предложить, например, такой рабочий цикл: пусть в паровой машине (турбине, двигателе внутреннего сгорания или каком-либо ином тепловом двигателе) мы затрачиваем некоторое количество теплоты на совершение определенной механической работы; далее, полученную механическую энергию вновь преобразуем в тепло, нагревая с ее помощью пар и приводя им в действие паровую машину (турбину), и т.д. Понятно, что подобный цикл превращения энергии можно повторять бесконечно: ведь энергия данной системы с течением времени не увеличивается и не уменьшается.

Исследованием вопроса о перпетуум мобиле такого типа в начале XX в. подробно занимался известный немецкий физико-химик
Вильгельм Оствальд
. Описанную выше идеальную машину, способную циклично и без потерь преобразовывать энергию из одной формы в другую, он назвал перпетуум мобиле второго рода. Правда, как явствует из самого названия, даже после отказа от возможности создания перпетуум мобиле первого рода проблема вечного движения все же продолжает оставаться открытой. При этом, однако, оба указанных вида вечных двигателей резко различаются между собой. В то время как функция объявленного учеными неосуществимым перпетуум мобиле первого рода состояла в непрерывном совершении полезной работы без пополнения запасов энергии от внешних источников, назначение вечного двигателя второго рода представлялось совершенно иным — от этой машины требовалась лишь способность идеально трансформировать энергию.

В связи с обсуждением вопроса о вечном двигателе второго рода в центре дискуссии снова оказалось действие закона сохранения энергии. Из курса физики известно, что этот закон в применении к тепловым процессам составляет содержание первого начала термодинамики. Действительно, первое начало утверждает эквивалентность тепловой и механической энергии, однако в нем ничего не говорится о том, в каком направлении должны протекать процессы преобразования энергии. Бросаем ли мы камень со скалы в пропасть, превращаем ли при взрыве накопленный во взрывчатке запас химической энергии в механическую энергию, свет и тепло, сжигаем ли топливо для обогрева наших домов — все это суть закономерные изменения форм энергии. Но в то же самое время закон сохранения энергии не запрещает протекание любого из этих процессов в обратном направлении, что явно противоречит нашему практическому опыту. Таким образом, некритическое применение этого закона приводит нас к абсурдным заключениям.

Приведем еще один пример. 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. При этом даже небольшое охлаждение воды в водоеме освобождало бы огромное количество тепловой энергии, которую можно было бы преобразовывать в электрическую или, далее, опять в механическую энергию. Так, например, охлаждая на 1°С воду, содержащуюся в пруду площадью 120 м 2 и глубиной 1,9 м, мы получили бы энергию, равную 954 кДж
. Если преобразовать теперь полученную механическую энергию обратно в тепло, то тем самым возникает замкнутый цикл преобразования энергии, основанный на принципе перпетуум мобиле второго рода. Вопрос заключается только в том, осуществимы ли на практике машины, реализующие этот идеальный цикл трансформации, поскольку в обыденной жизни мы никогда не встречаемся с подобными явлениями.

Из собственного опыта мы знаем, что 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. Понятно, что в этих процессах мы не находим ничего удивительного. 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.

Задачу об использовании тепла путем охлаждения водных бассейнов нашей планеты приводил еще В. Оствальд в качестве типичного примера, демонстрирующего нереальность идеи вечного двигателя второго рода. В своей книге «Всеобщая химия
», изданной в 1893 г., он писал:

«Обычно мы не отдаем себе отчета в том, что теорему о перпетуум мобиле можно истолковывать двояким образом. С одной стороны, — о ней речь заходит чаще — можно было бы построить перпетуум мобиле (имеется в виду вечный двигатель первого рода), с его помощью вырабатывать определенную энергию и использовать ее, например, для привода какой-либо машины. Доказательство невозможности подобного процесса приводит нас к первому основному закону энергетики, который говорит о том, что энергию нельзя создать или уничтожить. Перпетуум мобиле, однако, можно было бы приводить в действие иначе, не вырабатывая энергии, если бы удалось включить в процесс трансформации огромное количество неиспользованной энергии, таящейся в природе. Например, если бы можно было преобразовать большие запасы тепловой энергии, содержащиеся в водах Мирового океана, в механическую энергию, которая со временем опять перешла бы в тепловую энергию, то тем самым мы осуществили бы вечный двигатель второго рода. Такое, конечно, невозможно, потому что эти запасы тепла, внешне проявляющиеся в форме установившейся температуры Земли, неизменны».

Другой немецкий физик
Рудольф Клаузиус
также много времени посвятил исследованию проблем термодинамики. В частности, он пришел к выводу, что энергия нашего мира остается неизменной. Одновременно с этим он высказал важную теорему о стремлении энтропии замкнутой системы к максимуму. Чтобы лучше понять значение этой теоремы, попытаемся подробнее пояснить смысл понятия энтропии, оставляя в стороне его строгую математическую формулировку. Важнейшим свойством энтропии является то, что она не изменяется в обратимых физических процессах, т.е. в идеальных процессах, которые могут протекать в обоих направлениях без какой бы то ни было потери энергии. Практический опыт показывает, что в реальных физических явлениях всегда присутствуют те или иные факторы, например, пассивные силы (трение), из-за воздействия которых часть преобразуемой энергии, переходя в тепло, для следующей фазы данного цикла трансформации оказывается безвозвратно потерянной. О таких потерях говорят как о «мертвой» энергии, об «обесценивании
» энергии или о снижении ее «качества
». В связи с этим тепловой энергии отводят последнее место в ряду различных видов энергии, поскольку при всяком процессе ее преобразования обязательно возникает тепло, которое уже нельзя трансформировать ни в какую более высокую форму энергии.

Рассуждения такого рода, применявшиеся к нашему миру в целом, приводили к созданию представлений о так называемой тепловой смерти Вселенной

, к которой будто бы закономерно стремится весь окружающий мир. В частности, это должно было проявляться в повышении температуры земной атмосферы и самой планеты в результате выделения тепла при всяком природном процессе преобразования энергии.

В другой интерпретации энтропия рассматривается как мера «рассеяния» энергии в системе. Это толкование энтропии основывается на том факте, что при любом процессе, происходящем в какой-либо замкнутой системе, преобразуется только часть энергии системы, в то время как остаток рассеивается в тепло, причем так, что его нельзя извлечь обратно. Мерой таких потерь или «рассеяния
» энергии и является приращение энтропии. При этом численное значение энтропии оказывается пропорциональным величине энергии, перешедшей во внутреннюю энергию участвующих в процессе тел, т.е. в теплоту.

Именно подобное рассеяние энергии является препятствием для реализации вечных двигателей, работающих без пополнения энергетических запасов извне. Например, рассеяние энергии в приводном механизме паровой машины и в самом котле, где нагревается пар для приведения ее в движение, делает невозможным описанный выше вечный двигатель второго рода. Действительно, пусть нагретый пар из котла приводит в движение паровую машину. Представим себе, что приводной механизм этой машины сделан так, что энергия его движения полностью преобразуется в тепло, подводимое обратно к котлу паровой машины. Так вот, в этой, казалось бы, идеальной системе именно из-за наличия потерь будет происходить постоянное убывание рабочей энергии, причем в результате температура и давление пара в котле будут падать, а вместе с ними будет убывать и мощность самой паровой машины.

Другие изобретатели перпетуум мобиле предлагали, например, соединить два часовых механизма так, чтобы ходом одного из них заводилась пружина другого — это давало бы возможность получить «вечную» хронометрическую систему, которая принципиально не противоречила бы закону сохранения энергии. Практические опыты, однако, опровергли эту возможность, потому что такой вечный двигатель останавливался, как только сравнивались приводные усилия обеих пружин. Более того, если даже допустить, что с помощью соответствующих изменений конструкции можно достигнуть переноса существенной части энергии от одной пружины к другой, то и тут мы не сумели бы ничего добиться — именно из-за влияния уже упомянутого рассеяния энергии, сопровождающего каждый рабочий цикл.

Таким образом, с помощью понятия энтропии был сформулирован еще один важный закон, вместе с законом сохранения энергии проливший свет на проблему вечного двигателя второго рода. Одна из его формулировок — это теорема Клаузиуса
о стремлении к максимуму энтропии замкнутой системы.

Другая эквивалентная формулировка утверждает, что невозможно создать устройство, постоянно совершающее механическую работу за счет теплоты и преобразующее полученную механическую энергию обратно в тепло
. Этот закон называется вторым началом термодинамики. Второе начало термодинамики отвергает также возможность получения энергии путем охлаждения тел ниже температуры окружающей среды. Таким образом, для того чтобы преобразовать теплоту в другой вид энергии (например, в механическую), нам нужно иметь нагреватель (котел) и конденсатор (холодильник). Чем больше разность температур в нагревателе и конденсаторе, тем большую долю тепла можно преобразовать в полезную работу. Если же эта разность будет равна нулю, то и количество произведенной работы окажется нулевым.

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 перпетуум мобиле.

Кроме того, второе начало термодинамики налагает запрет и на вечные двигатели, аналогичные перпетуум мобиле второго рода, но основанные на преобразовании других видов энергии. Так, например, невозможна вечная работа пары электромотор — генератор, сидящей на одном валу, которая действовала бы по следующей схеме: электрический ток, вырабатываемый генератором, приводит во вращение электромотор, а механическая энергия электромотора в свою очередь трансформируется в генераторе в электрическую. Если бы оба элемента этой пары работали с 100%-ным к.п.д. (что, естественно, невозможно из-за наличия в них электрических и механических потерь), то подобная система должна была бы поддерживать себя в постоянном движении. Однако она никоим образом не могла бы быть использована для практических целей, потому что, начав отбирать от этого агрегата полезную работу, мы тем самым нарушили бы его энергетическое равновесие, и система бы остановилась.

Этот часто приводимый в литературе пример системы мотор-генератор
много раз служил прообразом ряда других, более простых проектов. Правда, при подобных упрощениях невозможность перпетуум мобиле «мотор-генераторного» типа выявляется еще яснее. Ведь, например, можно заменить мотор и генератор системой двух взаимосвязанных ременных шкивов. Наконец, можно ограничиться даже одним шкивом, считая одну его половину ведущим, а другую — ведомым элементом. Можно придумать еще десятки подобных конструкций, но результат всегда будет только один, поскольку всем этим вечным двигателям, как простым, так и сложным, второе начало термодинамики уже огласило свой приговор.

Строгости ради стоит заметить, что этот закон имеет статистический характер и применим только к макроскопическим объектам. цикла. Чем больше тепловой энергии отводится от рабочего тела в цикле, тем меньше результирующая работа Жрез при одном и том же количестве подведенной тепловой энергии. КПД цикла снижается. Поэтому на практике стремятся уменьшить отвод энергии от рабочего тела в ходе циклического процесса.

Карно показал, что тепловой двигатель (машина) не может работать без подвода и отвода энергии в тепловой форме от рабочего тела. Тепловая машина работает между двумя источниками тепловой энергии — нагрева­телем и холодильником. Чтобы повысить эффективность такой тепловой машины, необходимо уменьшить отвод тепловой энергии в холодильник. Однако исключить вообще отвод тепловой энергии от рабочего тела в цикле теплового двигателя нельзя (на это указывает второй закон термодинами­ки).

Бели исключить отвод энергии в тепловой форме в холодильник, то КПД такого двигателя станет равным 1. В этом случае вся подведенная тепловая энергия Q\ должна быть преобразована в механическую форму W

^

=

Qi

[

Q

2

= 0]. Следовательно, можно отказаться от холодильника. В этом случае двигатель должен работать только с одним источником тепловой энергии — нагревателем (термостатом). Условная схема такого воображаемого двигателя (тепловой машины) приведена на рис. 8.44.

Так
как температура термостата при отводе от него энергии в тепловой форме не изменяется, то тепловой двигатель (машина), представленный на рис. 8.44, можно назвать изотермическим
. В этом двигателе тепловая энергия подводится к рабочему телу при постоянной температуре нагрева­теля (Ti =
Idem
).

Идея построения такого двигателя (рис. 8.44) является заманчивой, но не осуществимой. Второй закон термодинамики указывает, что невозможна работа тепловой машины при наличии только одного
источника теплоты (нагревателя).

Напомним, что «вечные» двигатели первого рода никогда не работали, так как противоречили первому закону термодинамики — всеобщему закону сохранения энергии. «Вечные» двигатели второго рода не противоречат первому закону термодинамики (они соответствуют его положениям). = Qi), учитывая эквивалентность теплоты и работы.

Формально двигатель (рис. 8.44) не соответствует определению вечного двигателя. «Вечный» двигатель первого рода в идеале
должен работать вечно (не останавливаясь), если исключить возможные его поломки. «Веч­ный» двигатель второго рода даже в идеале не может работать вечно. Его название обусловлено другим обстоятельством. Если в качестве на­гревателя использовать воду, сосредоточенную на Земле, то двигатель (рис. 8.44) мог бы работать миллионы лет. При этом температура воды на Земле понизилась бы всего на несколько градусов. За 1700 лет работы такого двигателя температура воды на планете понизилась бы всего на 0,01 К. Для нас такой двигатель казался бы вечно работающим двигателем. Именно поэтому немецкий ученый В. Оствальд (1853-1932 гг.) назвал такой двигатель «вечным», понимая при этом его невозможность.

Несмотря на то, что изобретатели и ученые, работающие во многих областях науки и техники, знают ограничения, накладываемые вторым законом термодинамики, попытки создания вечного двигателя второго рода имеют место и сейчас. Поощряет их на такую деятельность тот факт, что если удастся обойти второй закон термодинамики, то это сразу решит проблему энергии на все века. И это тогда, когда мир стоит на грани истощения энергетических ресурсов.

Идеи вечных двигателей второго рода, как правило, появляются в периоды великих научных открытий, когда сами эти открытия еще не полностью осознаны и понятны.

Напрямую второй закон термодинамики обойти невозможно, а поэтому изобретатели стремятся создать такой двигатель на основе комбинации большого количества физических явлений. При такой комбинации различ­ных физических явлений, положенных в основу работы тепловой машины, можно и не заметить наличие всех процессов, оговоренных вторым законом термодинамики.

Рассмотрим несколько примеров таких двигателей.

На рис. 8.45 показа конструктивная схема «нуль-мотора» американского профессора Гэмджи. Замысел этого двигателя базируется на достижениях в области холодильной техники. Как известно, к концу XIX в. были в основном изучены свойства веществ в области низких и сверхнизких температур. Прототипом двигателя послужили аммиачная холодильная машина и установка для сжижения воздуха.

В специальном котле (рис. 8.45) находится жидкий аммиак. Котел находится в контакте с окружающей средой, а поэтому аммиак нагревается до температуры Тг

= 300К (27° С). При этой температуре аммиак кипит (переходит в пар). По мере кипения аммиака давление на его жидкую фазу возрастает. При давлении 1МПа (10 атмосфер) и температуре Т\ = 300 К
кипение аммиака прекращается . Поэтому можно утверждать, что в котле будет находиться пар под давлением 1 МПа.

Таким образом, окружающая среда (воздух) является в рассматривае­мом двигателе верхним источником энергии в тепловой форме (Нагревате­лем]
>. Этот факт соответствует второму закону термодинамики.

Из котла пар аммиака через впускной клапан направляется в рас­ширительную машину (детандер), где он расширяется. При расширении пара аммиака совершается работа над поршнем расширительной машины. Следовательно, энергия от пара передается поршню (окружающей среде), преобразуясь одновременно в механическую форму. В расширительной ма­шине происходит преобразование внутренней энергии рабочего тела (пара аммиака) в механическую энергию с одновременной отдачей ее поршню. Внутренняя энергия пара аммиака уменьшается, а поэтому уменьшается его внутренняя энергия. Внутренняя энергия пара зависит только от его температуры. Следовательно, в расширительной машине (детандере) температура пара аммиака уменьшается.

Бели пар аммиака расширится до давления 0,1 МПа (1 атмосфера), то его температура понизится до 250К, т. е., станет равной — 23°С. При такой температуре аммиачный пар частично конденсируется (сжижается) в расширительной машине. Жидкий аммиак вместе с паром через выпускной клапан с помощью насоса откачивается в котел. Для привода насоса используется часть механической энергии, полученной в расширительной машине (детандере) при расширении паров аммиака. С помощью насоса давление жидкого аммиака повышается до 1МПа (10 атмосфер). Это необходимо для того, чтобы закачать аммиак в котел [в котле давление равно 1 МПа (10 атмосфер)]. В котле аммиак снова испаряется, нагреваясь от окружающей среды. Цикл должен повторяться. Таким образом, по мнению проф. Гэмджи, должен работать предложенный двигатель.

Как видим, двигатель Гэмджи должен работать по замкнутому циклу без отвода части подведенной тепловой энергии в окружающую среду. Здесь не следует путать факт охлаждения паров аммиака в детандере с отводом энергии в форме теплоты в окружающую среду. Приемник тепло­вой энергии в двигателе Гэмджи отсутствует. Двигатель должен работать, отдавая потребителю механическую энергию за вычетом небольшой ее части, затраченной на привод насоса.

Анализ показывает, что работа двигателя не противоречит положениям первого закона термодинамики — сколько энергии подведено к двигателю (в данном случае в тепловой форме), столько же ее отведено (в механиче­ской форме).

Проанализируем энтропийный процесс работы двигателя. На входе энтропия потока энергии равна:

SBX



=

Q

0

.

C

/

T

0

.

C



> 0.

На выходе энтропия потока энергии равна:

Действительно, на выходе получаем энергию в механической форме, являющейся высокоорганизованной.

В соответствии с вторым законом термодинамики изменение энтропии рабочего тела в ходе осуществления циклического процесса равно нулю. В данном случае изменение энтропии аммиака не равно нулю

Что противоречит второму закону термодинамики.

В идеальном случае на привод насоса потребуется столько механиче­ской энергии, сколько ее получается в расширительной машине. В этом случае отводить энергию от машины в тепловой форме не представляется возможным. Фактически машина работает по нулевому циклу, в котором полезная работа равна нулю. Таким образом, функциональные возможно­сти «нуль-мотора» Гэмджи соответствуют его названию.

Двигатель Гэмджи можно заставить работать, внеся в него конструк­тивные изменения в соответствии со вторым законом термодинамики. На рис. 8.46 показана конструктивная схема усовершенствованного двигателя. В конструкцию двигателя перед насосом введен конденсатор пара (теп-

Лообменник), отбирающий энергию от паров аммиака при температуре, меньшей температуры окружающей среды (Т

Таким образом, введя специальный теплообменник, мы заставили ра­ботать двигатель Гэмджи. Но достигнутый результат снова оказывается Нулевым.
Полезной работы двигатель не дает (он не может приводить в действие ни одного потребителя). Следовательно, двигатель, работающий с верхним источником теплоты при температуре окружающей среды, яв­ляется неработоспособным.

На рис. 8.47 показана схема так называемой «машины атмосферного тепла», предложенная проф. Шелестом, пионером тепловозостроения в России. Эта машина состоит из двух контуров. Первый контур включает компрессор К

и турбину Т, соединенные валом. Турбина Т

приводит в дей­ствие компрессор К.

При вращении колеса компрессора К

им засасывается воздух при параметрах окружающей среды (давлении рох и температуре Т0
.с).
При сжатии воздух нагревается 7\ > Т0.с. В теплообменнике горячий воздух нагревает рабочее тело второго контура. Воздух при этом охла­ждается до температуры окружающей среды Г0.с. После теплообменника охлажденный сжатый воздух поступает в турбину Т, где совершает работу. При совершении работы он расширяется до давления окружающей среды Ро. с-
При этом в результате совершения работы в турбине температура воз­духа еще понижается. Из турбины воздух выбрасывается в окружающую среду.

Явления, происходящие в первом контуре позволяют утверждать, что он работает как тепловой насос, перенося теплоту с нижнего уровня То с
на верхний Ti > Тох.

Второй контур представляет собой тепловую машину, работающую по теплосиловому циклу. Во втором контуре в качестве рабочего тела исполь­зуется некоторое вещество, которое испаряется при низкой температуре. Поступая в теплообменник, это рабочее тело быстро испаряется, поглощая тепловую энергию в количестве Q. После теплообменника рабочее тело поступает в главную турбину Т2, где совершает полезную работу. При этом рабочее тело охлаждается. После турбины Т2
рабочее тело поступает в конденсатор, в котором переводится в жидкое состояние.

Турбина Т2
приводится в действие насос Я, который снова сжимает рабочее тело, подавая его в теплообменник и далее в турбину. Часть работы W, получаемой в главной турбине, используется для привода турбоком­прессора первого контура и электрического генератора Г. С генератором соединен обычный электродвигатель, который выполняет полезную рабо­ту
W
.

Таким образом, «машина атмосферного тепла» представляет комбина­цию двух тепловых машин, работающих по взаимно противоположным циклам. Первая машина (контур) работает по обратному циклу (тепловой насос), а вторая машина (контур) -по прямому циклу. Вторая машина полностью соответствует требованиям второго закона термодинамики. В ней есть расширительная машина (турбина Т2), рабочее тело и два ис­точника теплоты с различными температурами (верхний — теплообменник, нижний — конденсатор). Первая машина не соответствует требованиям вто­рого закона термодинамики, так как работает только с одним источником теплоты — окружающей средой. Второго (нижнего) источника теплоты здесь и не может быть, так как его температуру пришлось бы искусственно поддерживать ниже температуры окружающей среды. Это требует затраты механической энергии.

Следовательно, первая машина неработоспособна. Если первая машина не может работать, то и вторая также неработоспособна, так как исполь­зует энергию сжатого воздуха, поступающего в теплообменник из первой машины.

Таким образом, внешне машина атмосферного тепла является заманчи­вой идеей, а, по сути, она представляет собой бесполезную конструкцию.

Были предложены и другие конструкции «вечных» двигателей второго рода, которые «успешно» подтвердили свою неработоспособность. Вместе с тем, к анализу работы таких двигателей следует подходить очень тща­тельно. Как правило, их конструкция сложна, а поэтому не всегда известны потоки энергии в них. При этом источники энергии могут быть спрятаны. Может быть также и непонятным сам принцип действия такой машины. В результате этого может сложиться мнение, что рассматриваемая тепло­вая машина представляет собой один из вариантов «вечного» двигателя второго рода.

В технике используются тепловые машины, которые нам могут пока­заться в некотором смысле «вечными» двигателями второго рода. Как известно, биметаллическая пластинка при нагревании сгибается. Изгиб пластинки обусловлен тем, что материалы, из которых она изготовлена, имеют различный коэффициент линейного расширения. Тот материал, который имеет больший коэффициент линейного расширения, стремится и больше расшириться. Так как материалы скреплены между собой, то возникает изгиб пластинки (выпуклость образуется со стороны материала, имеющего больший коэффициент линейного расширения).

Если такую биметаллическую пластинку поместить в окружающую сре­ду, то она будет периодически изгибаться и выпрямляться. При повышении температуры окружающей среды она будет изгибаться, и при понижении — выпрямляться. Если к концу такой биметаллической пластинки подвесить груз, то он будет периодически подниматься и опускаться. Следовательно, пластинка будет совершать полезную работу. Она может, например, заво­дить пружину часов.

На первый взгляд кажется, что это все тот же «вечный» двигатель второго рода. Ведь он содержит только один источник теплоты — окру­жающую среду. На самом деле окружающая среда здесь периодически выступает в качестве то нагревателя (при повышении температуры), то охладителя (при понижении температуры). При этом для понижения температуры окружающей среды не используется механическая энергия, получаемая в результате изгиба биметаллической пластинки. Повышение и понижение температуры окружающей среды вызвано естественными процессами, протекающими в ней. Это эквивалентно приведению биметал­лической пластинки в контакт то с нагревателем, то с охладителем.

Такие работающие кажущиеся «вечными» двигатели называют псевдо­вечными
двигателями второго рода.

Скорость, с которой человечество превращает в тепловую все остальные формы энергии, начинает уже угрожать самому факту существования цивилизации. «Тепловая смерть» в обозримом будущем из-за всё нарастающего потребления энергии с последующим ее рассеянием в виде тепла уже кажется неизбежной при сохранении нынешних темпов экономического развития. Но если человечество попытается затормозить их, то пойдет поперек законов эволюции и все равно погибнет.

Есть ли выход? Вполне возможно, что он пока не просматривается просто из-за неправильного понимания одного физического принципа. Преобразование энергопотребления в круговорот энергии в принципе позволило бы наращивать его интенсивность, не нарушая равновесия со средой. Это доказывает опыт органического мира, который, на протяжении тысячелетий сохраняя массу биосферы более или менее постоянной, многократно увеличил за время своей эволюции ежегодное потребление вещества и энергии.

Ныне пропускаемые им ежегодно через себя массы вещества сравнимы с массой земной коры, а по некоторым оценкам — превышают ее.

Вечный двигатель второго рода невозможен?

Поскольку почти вся потребленная нами энергия рано или поздно рассеивается в виде тепла, из-за чего нам угрожает «тепловая смерть», постольку круговорот энергии должен будет принять форму круговорота тепла. Другими словами, нам предстоит научиться собирать рассеянное тепло, чтобы вновь и вновь использовать его энергию.

Идеальной тепловой машиной принято считать ту, которую теоретически разработал в 1824 году французский физик Сади Карно (Nicolas Léonard Sadi Carnot, 1796–1832). Ее идеальность заключается в том, что коэффициент полезного действия (КПД) любой другой машины, использующей те же холодильник и нагреватель, будет меньше, чем у машины, придуманной им. А то, что КПД его машины отличен от единицы, следует из самого факта наличия у нее холодильника: получив определенную энергию от нагревателя (например, в виде тепла от сжигания топлива), рабочее тело (в идеальной машине это, разумеется, идеальный газ), выполняя полезную работу, совершенно бесполезно отдает часть своей энергии в виде тепла холодильнику.

Сегодня для собирания рассеянного тепла используются энергетические установки классического типа (с холодильником) — гео- и гидротермальные энергоустановки и тепловые насосы с КПД меньшими, чем КПД Карно.

Французский физик Сади Карно создавал свою теорию тепловых машин, когда был еще совсем молодым. Хотя в основе его рассуждений лежала отвергнутая впоследствии теория о неуничтожимом тепловом флюиде, многие его выводы оказались точными и обладали большой практической пользой

Разумеется, использование рассеянного тепла возможно только потому, что среда нагрета неравномерно, то есть с перепадами температуры, которые и используются собирающими тепло тепловыми машинами. Коль скоро величина этих перепадов невелика, КПД классических тепловых машин зарезается до чрезмерно малых значений. Поэтому круговорот тепла в энергетике может стать реальным лишь при ее базировании на энергетических установках без холодильника, КПД которых не был бы ограничен КПД Карно.

Такие энергетические установки называют вечными двигателями второго рода. Принято считать, что они запрещены

Вторым началом термодинамики. Однако угроза «тепловой смерти» заставляет нас максимально благожелательно рассмотреть аргументы в их защиту.

Положение не безнадежно. Не может быть так, чтобы на протяжении миллионов и миллиардов лет законы эволюции подстегивали органический мир, а затем и человечество к развитию в определенном направлении (в сторону интенсификации потребления вещества и энергии), а потом это развитие вдруг наткнулось бы на закон физики, который, делая невозможным круговорот тепла, обрекал бы человечество на гибель. Законы эволюции и физики, думается, входят в единый и непротиворечивый свод законов природы. Если это и на самом деле так, то запрет на вечные двигатели второго рода должен оказаться несостоятельным.

Ошибки классиков

Конечно, науки без ошибок не бывает, однако в истории запрета на вечные двигатели второго рода ошибок особенно много. Начать с того, что вывод Сади Карно об обязательности холодильника был сделан на основании принципа неуничтожаемости теплорода, согласно которому потребление тепла подобно потреблению энергии. Потребляя энергию, мы ведь не уничтожаем ее (поскольку действует закон сохранения энергии), но только превращаем одну ее форму в другую. Потребление теплорода, говорит Карно, означает не его уничтожение, но лишь его переход от более теплого тела к менее теплому. Вот это менее теплое тело и является, полагает Карно, холодильником, обязательным для всякой тепловой машины:

Возникновение движущей силы обязано в паровых машинах не действительной трате теплорода, а его переходу от горячего тела к холодному […] этот принцип приложим ко всем машинам, приводимым в движение теплотой […] Согласно этому принципу, недостаточно создать теплоту, чтобы вызвать появление движущей силы: нужно еще добыть холод.

Отбросив теорию теплорода, шедшие за Карно классики термодинамики оставили в силе его вывод о наличии у всякой тепловой машины холодильника. Мягко говоря, это удивляет, поскольку сегодня хорошо известно, что, превращаясь в другие формы энергии, тепло перестает существовать как тепло. Иначе говоря, потребляя теплород (тепло), мы его уничтожаем, что подрывает аргументацию Карно.

Еще более удивительна история возникновения понятия вечных двигателей второго рода. Его ввел Вильгельм Оствальд (

Wilhelm Friedrich Ostwald, 1853–1932) в 1888 году, и сделал он это абсолютно некорректно:

Работа, доставляемая гигантской машиной океанского парохода, целиком переходит в теплоту, так как энергия движения движущегося судна по прибытии становится равной нулю и превращается в теплоту. Если бы можно было сообщенную морской воде теплоту обратно превратить в энергию движения, то пароход мог бы совершить свой обратный путь без затраты угля, что, конечно, невозможно […] Исполнение этого было бы равносильно perpetuum mobile […] так как одно и то же количество энергии постоянно можно было бы употреблять для одинаковых превращений, то техническую задачу дарового получения работы можно было бы считать разрешенной. Что этого на самом деле нет, выражают в следующей форме: perpetuum mobile второго рода невозможен. При этом под perpetuum mobile второго рода подразумевают машину, которая может приводить покоящуюся энергию в движение или превращать ее в другие формы.

Покоящейся энергией Оствальд, как это было тогда принято, называет рассеянное в среде тепло:

Даровая теплота находится повсюду в безграничном количестве […] она представляет [собой] покоящуюся энергию.

Обратим внимание: Оствальд запрещает не тепловую машину без холодильника, но любую тепловую машину, потребляющую рассеянное тепло. Однако мы-то с вами сегодня точно знаем, что такие тепловые машины существуют! Оствальд, положим, мог о них и не знать (первая вырабатывающая электроэнергию геотермальная установка появилась в 1904 году, аналогичная гидротермальная — в 1929 году, первый патент на технологию тепловых насосов был выдан в 1912 году), однако не может не удивлять, что его формулировки воспроизводятся на протяжении XX века и другими авторами. Действующую на Земле тенденцию к рассеянию нетепловых форм энергии в виде тепла все они, начиная с Оствальда, некорректно трансформируют в не знающий исключений закон.

Холодильник обязателен?

Но вернемся к запрету на тепловые машины без холодильника. Последователи Карно, отказавшись от теплорода, не исправили его ошибку, на мой взгляд, потому, что работали исключительно с классическими тепловыми машинами, имеющими две особенности, которые делают холодильник для них и на самом деле необходимым:

1) цикличность;

2) однофазное рабочее тело (газ или жидкость).

Возвращая такое рабочее тело в начальное состояние, мы вынуждены отдавать часть полученного от нагревателя тепла холодильнику. Между тем, для нециклических тепловых машин он не обязателен, как не обязателен он, по-видимому, и для циклических тепловых машин с двухфазным рабочим телом газ-жидкость.

Примером нециклической тепловой машины без холодильника может служить работающий в вакууме ракетный двигатель, для которого говорить об охлаждении продуктов сгорания за бортом не приходится — расширение газа в пустоту, как известно, происходит изотермически. Еще один пример нециклической тепловой машины без холодильника будет приведен далее.

Что же касается циклических тепловых машин с двухфазным рабочим телом, то, как это доказывают в последние десятилетия независимо друг от друга несколько отечественных исследователей, возвращение рабочего тела в начальное состояние может в них осуществляться не с передачей части тепла холодильнику, но с ее возвращением нагревателю. Точнее, часть полезной работы одной фазы рабочего тела используется для адиабатического расширения и, следовательно, охлаждения другой. Внешний холодильник становится ненужным, а КПД — не ограниченным КПД машины Карно.

Второе начало термодинамики

Излюбленный аргумент защитников вечных двигателей второго рода — ограниченность второго начала термодинамики. Моя позиция иная. Я считаю, что второе начало — это закон природы, действующий, если исключить микроскопические флуктуации, без ограничений. Другое дело, что надо правильно его прочитать.

В современных учебниках и научных монографиях содержание второго начала чрезмерно размыто, о чем свидетельствует разнообразие его формулировок. Я собираю их уже много лет, и к настоящему моменту в моей коллекции 48 формулировок, но в реальности их еще больше. Это разнообразие контрастирует, например, с формулировками закона сохранения энергии, которые в разных источниках практически слово в слово повторяют друг друга.

Часто приходится читать о тождественности разных формулировок второго начала. Это и так, и не так. Конечно же, все многочисленные формулировки второго начала не могут быть тождественными, как не могут они все быть и разными. Я попытался вышелушить ядро закона природы, который за всем этим стоит, и у меня получились две такие его компоненты: 1) действует закон возрастания полной энтропии; 2) существует асимметрия между превращениями нетепловых форм энергии в теплоту, с одной стороны, и превращениями теплоты в другие формы энергии — с другой: первые, в отличие от вторых, не требуют компенсации.

Самый распространенный источник путаницы я вижу в неумении провести различие между тепловой и нетепловой энтропией. Между тем, различие между ними легко продемонстрировать. Если смешать горячий воздух с холодным, мы получим теплый воздух — то же самое, что при передаче определенного количества тепла от горячего воздуха холодному. Энтропия выросла при участии теплового процесса.

Бабочки, конечно, ничего не знают о змеях. Зато о них знают птицы, охотящиеся на бабочек. Птицы, плохо распознающие змей, чаще становятся…

термодинамика — Вечный двигатель второго рода возможен в нанотехнологиях?

Я думаю, что здесь мы находимся на неизведанной территории, и я согласен с Кристи Стойкой в ​​том, что ваш аргумент заслуживает более глубокого изучения, на которое у меня нет ни времени, ни опыта, чтобы внимательно его изучить. Некоторое время я задавался вопросом о наномашинах и втором законе, но я верю, что мы можем обратиться за пониманием нулевого результата величайшего эксперимента всех времен вместе с результатом не такого уж грандиозного эксперимента (проведенного нами). простые люди). Сначала позвольте мне процитировать страницу Википедии «Энтропия в термодинамике и теории информации», где цитируется следующий эксперимент:0005

Шоичи Тоябэ; Такахиро Сагава; Масахито Уэда; Эйро Мунеюки; Масаки Сано (29 сентября 2010 г. ). «Информационная тепловая машина: преобразование информации в энергию с помощью управления с обратной связью». Физика природы 6 (12): 988–992. архив: 1009.5287. Бибкод: 2011NatPh…6..988T. дои: 10.1038/nphys1821. «Мы продемонстрировали, что свободная энергия получается путем управления с обратной связью с использованием информации о системе; информация преобразуется в свободную энергию, что является первой реализацией демона Максвелла типа Силарда».

Теперь давайте подумаем об этом лабораторном двигателе Сциларда как об мысленном эксперименте и особо отметим, что он определенно масштабирует возможность реализации двигателя Сциларда до уровня нанотехнологий или, что более важно, до уровня молекулярной биологии и микробиологии. .

А теперь самый грандиозный эксперимент всех времен: эволюция жизни на Земле. После 3 миллиардов (и, вероятно, более 4 миллиардов) лет эволюции, куда бы ни посмотрели биологи, основные движущие силы жизни (фотосинтез, производство митохондриальной АТФ из химической энергии, потребляемой клетками и т. д.) хорошо изучены и почти наверняка универсальны. Мне кажется, что если бы существовал способ обойти второй закон с помощью биологических наномашин (особенно с вариацией двигателя Сциларда, поскольку приведенный выше эксперимент показывает, как его можно масштабировать на биологические системы), эволюция почти наверняка нашла бы его путем теперь, и этот процесс, нарушающий второй закон, будет удовлетворять все потребности существ, которые его развили. Можно представить, что такие существа быстро станут полностью господствовать в биосфере, отметая все остальное. Но этого еще не произошло, хотя я верю, что есть животное, которое в заблуждении полагает, что все его потребности могут быть получены бесплатно из окружающей среды, и это как раз то, что это животное, похоже, делает с биосферой вокруг него, поэтому мы есть некоторые неподтвержденные экспериментальные данные о том, как может вести себя животное, нарушающее второй закон, и как это может повлиять на биосферу. И все же, после всего этого времени жизни на Земле, все существа используют процессы получения энергии в полном соответствии со вторым законом. В самом деле, странная жизнь (трубчатые черви и тому подобное), обнаруженная за последние несколько десятилетий вокруг «курильщиков вулканов» глубоко в океане, почти поэтически, кажется, воздает должное мысленному эксперименту Карно, получая работу от тепла и химического потенциала, вырывающегося из их тел. центральный, горячий животворящий «курильщик» и выплескивающий избыточную энтропию в ледяную тьму, окружающую их крохотный процветающий квартал.

Биологических вечных двигателей второго рода не существует, и это чрезвычайно сильный экспериментальный нулевой результат. В частности, я считаю вероятным, учитывая экспериментальный двигатель Сциларда, что Земля как эволюционный компьютер (в духе Дугласа Адамса), вероятно, много раз «продумал» варианты двигателя Сциларда, реализованные в молекулярных машинах, поэтому нулевой Результат особо отмечен как подтверждение принципа Ландауэра, особенно содержательного эквивалента второго закона. Прекрасная статья, показывающая, как именно двигатель Сциларда / Демон Максвелла должны учитывать второй закон, — Чарльз Беннетт, «Термодинамика вычислений: обзор», Int. Ж. Теоретическая физика, 21 , 12, 1982. Беннетт использовал реверсивные механические ворота («бильярдные компьютеры») для мысленного экспериментального изучения машины Сциларда и демонстрации того, что предел Ландауэра (минимальный объем работы, необходимый для вычислений) возникает не из-за стоимости обнаружение состояния системы (как предполагал Сциллард), а из-за необходимости постоянно «забывать» прежние состояния двигателя путем отбрасывания теоретико-информационной энтропии Шеннона последовательности состояний частиц газа, записанных Демоном, в окружающий мир, закодированный так как там повышенная сложность.

Сноска : Следующее не является частью ответа, поэтому, пожалуйста, не читайте его как таковое, а просто некоторые результаты, которые исходят из приведенного выше мышления и которые я хотел бы опубликовать некоторое время, поэтому следующее имеет не рецензировался (я просто записываю его здесь, чтобы установить приоритет, поскольку его больше нет нигде в Интернете). Одна из идей о нанотехнологиях, которая часто всплывает у меня на поверхность, заключается в том, что, по-видимому, не хватает «общей картины» о том, как мы могли бы дизайн нанотехнологии. Представление о Земле как о компьютере в духе Дугласа Адамса быстро показывает, даже с помощью грубых расчетов, что эволюция намного умнее, чем может быть любая группа дизайнеров, так что синтетическая эволюция с помощью компьютера представляется возможной. Итак, какие энергетические ресурсы нам нужны, чтобы «превзойти Землю»? (т.е. создавать сложные наносистемы посредством синтетической эволюции). Можно использовать принцип Ландауэра, чтобы получить некоторые нижние границы, которые будут применяться даже с обратимым, например. квантовая, вычислительная следующим образом: инициализация каждого бита памяти, необходимой даже для обратимых алгоритмов в начале, требует затрат энергии $k\,T\,\log 2$. Точно так же, если требования к памяти обратимого алгоритма растут во время его работы, его энергетические потребности по принципу Ландауэра составляют $k\,T\,\log 2$ на каждый бит роста. {29{30}$ бит в секунду только для того, чтобы быть в курсе эволюции Земли. Сексуальность у эукариот означает, что битов на организм гораздо больше, но в биосфере их гораздо меньше, так что и им потребовалась бы случайная последовательность примерно с той же скоростью, что и набор всех прокариот на Земле: основные половые Таким образом, бесполые формы жизни исследуют конфигурационное пространство примерно с одинаковой скоростью, что вполне разумно: если два класса организмов в одной и той же экологической нише (например, эукариоты-продуценты и прохайоты) исследуют конфигурационное пространство с очень разной скоростью, один из них эволюционирует намного быстрее, чем другой и превзойти его. Теперь, если входная случайная последовательность действительно случайна, обратимый алгоритм, принимающий эту последовательность в качестве входных данных, должен расти в памяти по крайней мере с этой скоростью, поэтому предел Ландауэра для нашего основного обратимого генетического алгоритма равен $R\,k\,T\, \лог 2$. {15}$ ватт или около 30 грамма в секунду : около тридцатой части всей солнечной энергии, освещающей Землю, и примерно на три порядка больше, чем текущий уровень потребления энергии человеком. И это предел Ландауэра. Так можем ли мы использовать более низкий $T$? Не с какой-либо пользой на Земле: второй закон показывает, что переработка только ухудшит этот результат. Таким образом, естественным местом для выполнения этих вычислений является компьютер размером с карликовую планету в облаке Оорта и, возможно, сбор солнечной энергии с помощью близкого к Солнцу коллектора и передача энергии на него. Тем не менее, при разумных оценках того, насколько большой должна быть площадь рассеивающей поверхности, чтобы она оставалась прохладной. Я рассчитываю несколько десятков кельвинов как его стационарную температуру, когда в стационарном состоянии достигается лучистый теплообмен с космическим фоновым микроволновым излучением.

24.3: Вечные двигатели — Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Дэвид Дж. Рэймонд
• Технологический институт Нью-Мексико через The New Mexico Tech Press

Вечные двигатели — это устройства, предназначенные для создания полезной работы «из ничего», нарушая какой-либо физический принцип. Обычно они делятся на два типа, вечные двигатели первого и второго рода. Вечные двигатели первого рода нарушают закон сохранения энергии, а вечные двигатели второго рода нарушают второй закон термодинамики. Именно к последнему типу мы и обращаемся.

Мы часто слышим разговоры об «энергетическом кризисе». Однако всем физикам ясно, что такой кризис, если он существует, на самом деле является «энтропийным кризисом». Энергия, превышающая самые экстравагантные предполагаемые потребности человечества, существует в форме внутренней энергии Земли. Более того, нельзя «растрачивать» энергию впустую, потому что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить.

Настоящая проблема заключается в том, что внутреннюю энергию можно использовать, только если существуют два резервуара внутренней энергии, один при высокой температуре, а другой при низкой температуре. Работа тепловых двигателей зависит от этой разницы температур, и если вся внутренняя энергия существует при одной и той же температуре, преобразование внутренней энергии в полезную работу невозможно, по крайней мере, с использованием цикла Карно.

Естественно возникает вопрос, существует ли какой-либо цикл, более эффективный, чем цикл Карно. Другими словами, существует ли тепловой двигатель, работающий между температурами \(\mathrm{T}_{2}\) и \(\mathrm{T}_{1}\), который извлекает больше работы из подводимого высокотемпературного тепла? \(\mathrm{Q}_{2}\), чем \(\epsilon \mathrm{Q}_{2}\)? Напомним, что \(\epsilon=1-T_{1} / T_{2}\) — это термодинамический КПД двигателя Карно.

Рис. 24.8: Вечный двигатель второго рода. Машина Super-X рекламируется как имеющая термодинамический КПД выше, чем у двигателя Карно. Выходная мощность машины Super-X запускает двигатель Карно в обратном направлении как холодильник, что приводит к чистой передаче тепла от резервуара с более низкой температурой к резервуару с более высокой температурой.

Предположим, изобретатель представил нам «машину Super-X», термодинамический КПД которой должен быть больше, чем у двигателя Карно. На рис. 24.8 показано, как мы можем поставить эксперимент в нашей лаборатории, чтобы проверить заявление изобретателя. Двигатель Карно работает в обратном направлении как холодильник, излучая тепло Q ₂ в верхний резервуар, поглощая \(\mathrm{Q}_{1}\) из нижнего резервуара и используя работу \(\mathrm{W}=\mathrm{Q}_{2}-\ mathrm{Q}_{1}=\epsilon \mathrm{Q}_{2}\) с машины Super-X. Машина Super-X работает в режиме теплового двигателя, выбрасывая \(\mathrm{Q}_{3}\) в нижний резервуар и поглощая \(Q_{4}=Q_{3}+W

Рассмотрим чистый тепловой поток из верхнего резервуара, \(\text { Qupper }=\mathrm{Q}_{4}-\mathrm{Q}_{2} \text { . Поскольку } \mathrm{ Q}_{4}<\mathrm{W} / \epsilon=\mathrm{Q}_{2} \text { , мы находим, что } \mathrm{Q}_{\text {upper}}<0\) . Другими словами, машина Super-X отбирает из верхнего резервуара меньше тепла, чем двигатель Карно возвращает в этот резервуар за счет работы, производимой машиной Super-X. Источником этой энергии является нижний резервуар, из которого извлекается эквивалентное количество тепла. Результатом совместной работы этих двух машин является спонтанная передача тепла от более низкой температуры к более высокой, поскольку для ее работы не требуется внешний источник энергии или поглотитель энтропии. Это нарушение второго закона термодинамики. Следовательно, машина Super-X, если она действительно работает, является вечным двигателем второго рода.

Хотя было много утверждений, ни один вечный двигатель не был убедительно продемонстрирован. Таким образом, тепловые машины, по-видимому, не способны преобразовать всю подводимую к ним внутреннюю энергию в полезную работу, так как для этого потребовалась бы либо бесконечная температура на входе, либо нулевая температура на выходе. Как мы показали, этот источник неэффективности присущ всем тепловым двигателям и является дополнением к обычным источникам неэффективности, таким как трение и потери тепла из-за несовершенной изоляции. Никакая тепловая машина, какой бы идеальной она ни была, не может преодолеть эту присущую ей неэффективность.

В результате второго закона термодинамики мы видим, что реальные тепловые машины, которые всегда менее эффективны, чем двигатели Карно, производят полезную работу, Вт,

\[W<\epsilon Q_{2} \quad \text { (настоящие тепловые двигатели), }\label{24.25}\]

где \(\mathrm{Q}_{2}\) — количество тепловой энергии, извлеченной из верхнего резервуара. С другой стороны, холодильники отдают теплоту \(\mathrm{Q}_{2}\) в верхний резервуар в количестве

\[Q_{2}

, где Вт — работа, проделанная над холодильником.

Эта страница под названием 24. 3: Perpetual Motion Machines распространяется в соответствии с лицензией CC BY-NC-SA 3.0 и была создана, изменена и/или курирована Дэвидом Дж. Рэймондом (The New Mexico Tech Press) через исходный контент, который был отредактирован. к стилю и стандартам платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Автор

   Дэвид Дж. Рэймонд

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   3,0

   Показать оглавление

   нет

2. Метки

   1. source@http://kestrel. nmt.edu/~raymond/books/radphys/book2/book2.html

Вечный двигатель

Вечный двигатель

Кевин Т. Килти
Copyright (c) 1992, 1999 Все права защищены

Поскольку это такой длинный HTML-документ, я разместил индексные метки, к которым читатель может получить доступ через список содержимого ниже. Это не техническая дискуссия. Я собрал его воедино из конспектов лекций для моих студентов-второкурсников-инженеров, не считая математики, вместе с отрывками писем, которые я разослал в надежде убедить некоторых научных писателей в том, что в их колонках отсутствует сущность вечного двигателя. В этой последней попытке я не преуспел.

Содержимое

Введение
Что такое вечный двигатель?
Вечное движение и термодинамика
Машины первого рода
Машины второго рода
Машины других видов
Машины нулевого рода
Машины третьего рода
Текущий интерес к вечному двигателю
Гравитационный двигатель Шедевальда
Магнитный двигатель Тайсниеруса
Мусорный дымоход
Вечный генератор дождя
Тектоника плит
Насколько горячим мы можем сфокусировать солнечный свет?

Введение

Я допустил забавную оплошность, когда однажды попытался заручиться поддержкой механического цеха, чтобы построить «вечный двигатель». В то время я возглавлял программу передачи инженеров и хотел провести демонстрацию в коридоре, которая заинтриговала бы публику. Я подумал о машине, которая, казалось бы, работает без очевидного источника энергии, но на самом деле получает энергию от хорошо замаскированной катушки, которая поглощает энергию от проводки здания. Я составил планы и доставил детали в местный механический цех. Владелец механического цеха указал на чертежи подшипника и спросил, какого он типа.

«О, я что-нибудь найду», — сказал я и через пару дней вернулся с неряшливым подшипником, который, вероятно, сойдет.

«О, это не годится», — сказал машинист. «Если это вечный двигатель, вам нужен прецизионный подшипник с очень низким коэффициентом трения».

— Нет, — ответил я, — это не настоящий вечный двигатель. Это подделка.

Он странно посмотрел на меня, словно недоумевая, зачем кому-то строить поддельный вечный двигатель. Я действительно не знал, как воспринять его реакцию. Я хотел было объяснить, что вечного двигателя не существует, но решил, что могу обидеть единственного машиниста, который вроде бы хотел мне помочь. Какое это имело значение? У меня был адъюнкт-преподаватель, который, в конце концов, искренне верил в холодный синтез, и, возможно, этот машинист действительно верил в вечный двигатель. С другой стороны, он мог подумать, что я какой-то мошенник, пытающийся совершить мошенничество. В любом случае, мы еще какое-то время продолжали недопонимание, и в конце концов дали проекту умереть.

Задокументированные поиски вечного двигателя начинаются в 13 веке. В то время Виллар де Оннескур рисовал проекты таких машин. Могут существовать более ранние конструкции, но вечный двигатель тесно связан с машинами, особенно с вращающимися машинами, а машины до этого времени не были ни широко распространены, ни очень сложны. До изобретения электрических или бензиновых двигателей способы подачи энергии для выполнения работы были ограничены. Водяные, приливные и ветряные мельницы давали энергию только в определенных местах; человек и животные поставляли всю переносную энергию. Люди, не имевшие доступа к подходящему ручью, эстуарию или ветреной вершине холма, искали альтернативы, и изобретатели пытались снабдить их вечными двигателями. Поиски продолжаются и по сей день. Более поздние разработки вечных двигателей появляются в ответ на кризисы, такие как энергетический кризис, высокая стоимость топлива или какая-то плохо понятая технологическая потребность.

Что такое вечный двигатель?

Широкая публика неточно видит вечный двигатель. Вероятно, они рассматривают каждую машину как частный случай. С другой стороны, физик или инженер очень точен и классифицирует вечные двигатели в соответствии с тем, какой закон термодинамики они нарушают. Сейчас я перейду к этой схеме классификации, но вот несколько способов классификации вечных двигателей, основанных на прочтении Орд-Юма ¹ и Ангриста 9.0198 2 .

1. Магические устройства. Наша первая категория — машины, которые не являются реальными, но которые все равно классифицируются как вечный двигатель. Они работают по неизвестному принципу. Например, самоускоряющееся колесо, одна сторона которого защищена материалом HG Wells «Cavorite», как показано на рисунке 1.

   Рис. 1. Наш академик держится за ограждение, чтобы увидеть каворитовый двигатель, но теряет минометную доску. Обратите внимание на большие болты, которые необходимы для удержания антигравитационного материала на земле.

2. Невозможные машины. Наша вторая категория — это машины, которые не поддаются логике; как рисунки Мориса Эшера, где вода постоянно течет вниз по склону, но по замкнутому кругу. На самом деле, Эшер сделал один рисунок водяного колеса, постоянно вращающегося в таком потоке (см. рис. 2). Другая невозможная машина имеет вес «9» с одной стороны, который становится весом «6» с другой, когда веса переворачиваются вверх дном.

   Рис. 2. Небольшой фрагмент гравюры Эшера, показывающий, как вода течет по бесконечному контуру. Подобные рисунки часто называют «неоднозначными».

3. Следующая категория — настоящие машины, но люди часто смешивают их и, возможно, путают с настоящими вечными двигателями. Например, машину Руба Голдберга просто сложно анализировать, и ее назначение неясно. Может быть, он предназначен для вечной работы, а может и нет, но он выглядит сложным, поэтому обычный человек думает, что это, вероятно, вечный двигатель. К этому классу также относится схема любого легкомысленного изобретателя.
4. Настоящую машину можно рассматривать как вечный двигатель, если она просто работает в течение длительного времени. Примерами являются радиоактивный распад и вращение Земли. На самом деле они медленно разряжаются, так что это не настоящий вечный двигатель. Они вечны только в том смысле, что переживают жизнь или память человека. (См. технические примечания.)
5. Среди машин, предназначенных для создания вечного двигателя, больше всего мошенников. Как правило, это любая чрезмерно сложная машина , работающая, якобы вечно, в совершенно таинственном цикле работы со скрытой работой (и скрытым источником энергии). Сокрытие частей работы якобы позволяет избежать раскрытия «проприетарных» знаний о машине, но также позволяет избежать раскрытия изобретателя как подделки. Примерами являются двигатель Кили (конец 1800-х годов) и машина Э.П. Уиллис (1850 г.). Кили однажды предположил, что он «Кили, величайший мошенник девятнадцатого века».
6. Большой класс схем составляют машины, которые постоянно разбалансированы , так что пуск с толчком заставит машину работать вечно или, возможно, даже заставит ее ускориться. Эти машины обычно остаются только на стадии проектирования. Если они будут построены, они могут стать машинами типа 5 выше, особенно после того, как разочарованный изобретатель осознает необходимость возмещения расходов. Виллар де Оннескур рисовал проекты таких машин. Семь столетий спустя и более чем одно столетие за пределами понимания того, почему такая машина никогда не заработает, изобретатели продолжают попытки заставить неуравновешенное колесо крутиться.
   

   Рисунок 3. Рисунок вечно разбалансированного колеса. Иногда очень трудно объяснить механическую неисправность, которая не позволяет этим машинам работать. Гораздо легче атаковать их нарушения первого закона термодинамики.

   Пожилой фермер из Миннесоты ³ предпринял последнюю из известных мне попыток построить разбалансированную машину. В течение 20 лет он работал над большим железным колесом, окруженным дюжиной велосипедных колес, с пружинами, которые постоянно перемещали велосипедные колеса к главной оси или от нее.
   
   В 1973 году его колесо не сделало больше 12 оборотов, прежде чем остановилось. Однако наш миннесотец, не испугавшись, продолжает.
   
   «…это нехватка оборудования, что меня сейчас связывает», — говорит он. «Я заказал им камеры несколько недель назад и еще не получил их. Но я думаю, что они могут быть теми».

7. Машины, основанные на неправильном понимании измерения . В этих машинах изобретатель вычисляет вечный двигатель, он его фактически не наблюдает. Примером может служить мотор Гарабеда Гирагосяна, который перепутал энергию с мощностью. Суть его машины заключалась в том, чтобы подавать энергию в машину в течение длительного времени при малой мощности и отбирать энергию в течение короткого периода времени при большой мощности. Ему удалось убедить себя вместе с некоторым большинством в Конгрессе, что иметь большую пиковую выходную мощность, чем пиковую входную, — это то же самое, что получить дополнительную энергию. Важна энергия. Использование пиковой мощности в качестве показателя энергии только запутало всех, включая изобретателя.
   
   Холодный синтез, хотя и не является вечным двигателем, является еще одним примером вводящих в заблуждение измерений. Флейшман и Понс рассчитали очень небольшой избыток энергии после внесения огромных поправок в свои данные и пришли к выводу, что это должно быть получено из термоядерного синтеза, хотя были доступны более правдоподобные объяснения.
8. Машины без потерь и трения являются распространенными конструкциями. Одним из них является водяной насос замкнутого цикла Фладда, который поднимал воду в резервуар с помощью ахимедова винта и позволял воде вытекать из резервуара через водяное колесо, которое вращало винт для подъема воды (рис. 4). Чтобы эта машина работала вечно, мы должны исходить из того, что помол зерна не представляет потерь, равно как и потерь на трение. В 1570 году священник-иезуит Йоханнес Таисниерус сконструировал машину, основанную на магнитном камне, которая тянула бы железный шарик вверх по склону, где он падал через дыру, катился вниз по второму уклону обратно к исходной точке, чтобы начать путь вверх. первый наклон. Эту машину я рассмотрю в следующем разделе, так как она снова и снова появляется в статьях о вечном двигателе. Эти машины каким-то образом добывают энергию для компенсации потерь, но источника энергии нет.

   Рисунок 4. Вечная водяная мельница Фладда. Эта машина нарушает первый закон термодинамики. В действительности он мог работать только до тех пор, пока не иссякнет его первоначальный запас энергии, полученный от лакея, заполнявшего верхний резервуар.

9. Более тонкий класс машин не получает энергию из ниоткуда и не исключает трения. Тем не менее они невозможны. Эти машины забирают тепло из резервуара, выполняют работу и больше ничего не меняют во Вселенной. Они имеют замкнутый цикл работы, возвращающий все детали в исходное состояние. Предложения по поводу такого рода машин были распространены до того, как люди поняли то, что мы сейчас называем вторым законом термодинамики. Примером может служить аммиачный двигатель Джона Гэмджи.
   
   Гэмджи придумал двигатель для приведения кораблей в движение, использующий аммиак в качестве рабочей жидкости. Жидкий аммиак кипит при низкой температуре, например, значительно ниже температуры морской воды. Гэмджи предложил котел на жидком аммиаке для поглощения тепла морской воды при температурах до 0°C. При этой температуре его пар расширяется в 4 раза, пока его давление не сравняется с атмосферным. Все это время он двигает поршень, который может вращать винт корабля. По мнению Гэмджи, аммиак теперь так сильно расширился и проделал такую ​​большую работу, что стал холодным и конденсируется в жидкость, чтобы начать цикл заново.
   
   Чего Гэмджи и его покровители не понимали, так это того, что расширенный аммиак холодный, но недостаточно холодный, чтобы конденсироваться. Он должен отводить некоторое дополнительное тепло в более холодный резервуар для дальнейшего охлаждения. Но более холодного резервуара нет, и конденсата никогда не происходит. Машина никогда не завершает более половины цикла.
10. Вечные лампы. Здесь машина на самом деле процесс (горение). Фортунио Личети (1577-1657) на протяжении всей жизни занимался изучением этих ламп, так много которых якобы было найдено в старых гробницах, склепах и храмах. Орд-Юм тратит несколько страниц на изучение способов объяснения наблюдения за вечными лампами. Это слишком серьезное внимание к фантазии. Вполне вероятно, что такой лампы никто никогда не наблюдал. Они принадлежат к царству мифов, как единороги и звери-полулюди.
    Я нашел изображение вечной лампы на экзотическом сайте в Интернете. Вы можете посетить его, нажав на вечный огонь. Пожалуйста, вернитесь, хотя.

Вечный двигатель и термодинамика

Термодинамика, разработанная на основе анализа машин и процессов. Физики и математики превратили ее в строгую науку, но ее аксиомы выведены из сотен лет опыта.

Физики и инженеры рассматривают вечный двигатель точно и абстрактно. На самом деле они рассматривают понятие «машина» настолько абстрактно, что под это определение подходят машины, процессы, сигналы или даже алгоритмы. Для них любая машина, нарушающая один из законов термодинамики, — вечный двигатель. Они классифицируют вечный двигатель, по какому закону он нарушает. Таким образом, машина, нарушающая первый закон термодинамики, является вечным двигателем первого рода. Машины, нарушающие второй закон термодинамики, — это вечные двигатели второго рода и т. д.

В физике очень мало идей, достаточно важных, чтобы назвать законами. Четыре закона термодинамики особенно важны и полезны. В свое время я изучал патенты для промышленной компании. Вопрос, на который я должен был ответить, звучал так: «Будет ли работать этот процесс или та машина? Должны ли мы покупать этот патент?» Большинство машин или процессов слишком сложны, чтобы их можно было проанализировать напрямую за короткое время. Однако законы термодинамики применимы к их действию и значительно упрощают их анализ. Анализ начинается с абстрагирования машины или процесса от его входов, потерь и выходов. Тогда к нему просто применить законы термодинамики; и если машина нарушает один из законов, мы можем вернуть патент изобретателю с вежливой благодарностью.

Вечные двигатели обычно относятся к первому или второму типу. Однако существует нулевой закон термодинамики, а также третий закон. Я не знаю никого, кто писал бы описания вечных двигателей нулевого и третьего рода. Какими они будут?

Машины первого рода

См. первый закон в заключительных примечаниях.

Первый закон термодинамики касается энергии, работы и теплоты. Машины тоже имеют дело с энергией, работой и теплом. Машина имеет запас энергии. Когда машина работает, она делает только одну из двух вещей с этим запасом энергии. Он либо работает, либо производит отработанное тепло. Сумма первоначальной энергии, выполненной работы и отработанного тепла должна быть равна константе. Это то, что мы имеем в виду, говоря, что энергия сохраняется. Откуда физики знают, что энергия сохраняется?

Они не знают этого абсолютно, но 300 лет экспериментов и наблюдений за машинами никогда не давали ни одного достоверного контрпримера.

Вечные двигатели первого рода нарушают эту идею сохранения энергии. Самая очевидная машина, подобная этой, — вечная лампа. Он производит тепло или свет, но никогда не истощает для этого резервуар энергии. Он добывает энергию из небытия. Другой простой пример — несбалансированное колесо, особенно несбалансированное колесо с тормозом, предотвращающим его ускорение. Если бы крошечный толчок колеса заставлял его ускоряться, тогда колесо имело бы больше энергии при вращении, чем было вложено в него работой от толчка. Еще раз, он добывает энергию из ниоткуда.

Неуравновешенные колеса представляют собой особенно интересные машины первого рода, потому что конструкции для них встречаются очень часто. Мы можем взглянуть на них с двух разных точек зрения. Во-первых, предположим, что эти машины работают благодаря гравитации. Наш опыт с гравитацией состоит в том, что нам нужно, чтобы некоторое количество массы упало на некоторое расстояние к Земле, чтобы получить от нее энергию. Водяные колеса, сифоны и турбины действуют по этому принципу, так как в каждом из них вода падает на некоторое расстояние к земле. В частности, сифон не работает, если его выходной конец находится выше входного.

С другой стороны, разбалансированное колесо работает так, что ни одна из его частей не падает постоянно на землю. Таким образом, он не может черпать энергию из гравитационного поля. Точно так же в вечной водяной мельнице Фладда нет воды, которая постоянно падает. Он добывает энергию из ниоткуда и представляет собой вечный двигатель первого рода.

Другим примером является несбалансированное колесо нашего изобретателя-фермера из Миннесоты. Он мог бы описать свою разбалансированную машину с другой точки зрения. Цель создания чего-то неуравновешенного состоит в том, чтобы создать крутящий момент, когда машина приведена в движение. Этот крутящий момент каким-то образом возникает из-за того, как части машины меняют положение при вращении колеса. Крутящий момент умножается на скорость вращения, чтобы компенсировать потери от трения.

Скептику почти всегда приходит в голову разоблачать разбалансированные машины, объясняя, почему нет крутящего момента для их ускорения. Нелегко прямо показать механический недостаток, но это может быть единственным способом убедить истинных сторонников вечного двигателя, потому что они не согласятся с тем, что какой-либо из законов термодинамики применим к их машинам. С другой стороны, легко показать, что у этих машин нет другого источника энергии, кроме работы, затраченной на их первоначальное вращение. Первый закон требует, чтобы они никогда не ускорялись, а реальность трения означает, что они даже не могут вечно вращаться равномерно. Они просто вытягивают энергию из своего начального состояния. Водяное колесо Фладда получает свою первоначальную энергию от какого-то лакея, который тянул воду в верхний резервуар. Неуравновешенное колесо достигает этого с начального толчка.

Машины второго рода

Первый закон требует, чтобы все машины имели источник энергии, но не ограничивает, сколько этой энергии машина может использовать для работы. Можно ли все это использовать для работы? Может ли машина иметь 100% КПД?

Еще до того, как они узнали о первом законе, инженеры заметили, что машины выполняют меньше работы, чем количество потребляемой ими энергии. В частности, тепловые двигатели всегда отбрасывают некоторое количество отработанного тепла. Например, автомобильный двигатель всегда нагревает окружающий воздух, нагревает воду в своем радиаторе, выбрасывает тепло через выхлопную трубу и т. д. Второй закон гарантирует, что никакая умная конструкция не может полностью устранить эти потери.

Прототип машины второго типа — аммиачный мотор Гэмджи. Он приводит в движение корабль, который просто забирает тепловую энергию из океана для собственного питания. Очевидно, что это не нарушает первый закон, потому что океан содержит много тепловой энергии. Корабль просто извлечет часть его, оставив после себя холодный след. Потери от трения в гребных винтах и ​​валах корабля немедленно вернут часть этой энергии в океан. Остановка корабля в порту назначения превратит остаток в тепло и вернет его в океан. Корабль просто заимствовал бы энергию для своего путешествия из океана. Опыт показывает, что такую ​​машину построить невозможно.

Вечные двигатели второго рода работают, извлекая энергию в какой-то момент своего цикла, используя ее для работы, но в конце цикла все возвращается в исходное состояние без изменений. Создается впечатление, что вы можете доставлять энергию вечно. Реальные машины и процессы навсегда изменяют вселенную. Инженеры измеряют это изменение как энтропию; а второй закон требует, чтобы любой реальный процесс увеличивал энтропию Вселенной. Два знакомых примера покажут, что это значит.

Можно уменьшить энтропию в течение части машинного цикла или части машины, но оставшийся цикл производит более чем достаточно энтропии, чтобы компенсировать это. Например, можно уменьшить энтропию, охладив внутренности холодильника, но только за счет создания гораздо большей энтропии в проводке, двигателе и компрессоре, которые приводят в действие холодильник.

Все знакомы с потоком тепла. Если мы поместим вместе предметы разной температуры, мы всегда заметим, что все предметы имеют одинаковую температуру. Никогда не бывает так, чтобы среди объектов, находящихся при одной температуре, одни спонтанно стали горячими, а другие — холодными. В первом случае энтропия Вселенной, как и ожидалось, возрастает; а во втором случае уменьшается. Вторая ситуация может иметь место только в том случае, если бы тепло могло самопроизвольно перетекать от холодных тел к горячим. Таким образом, второй закон означает, что тепло всегда самопроизвольно переходит от горячего к холодному. Это делает разницу температур типом силы, которая вызывает поток тепла. Очевидно, можно направить тепло из холодного места, например, из внутренней части холодильника, в более теплую кухню; но это происходит только в том случае, если мы вкладываем работу в цикл через электрический двигатель.

Какое отношение это имеет к двигателям не очевидно, но сейчас попробую объяснить. Чтобы заставить тепловую машину работать, мы должны заставить поступать в нее тепловую энергию. Единственный способ сделать это — подключить его к горячему резервуару. Тепловая энергия будет поступать в двигатель, который преобразует часть этого тепла в работу. Однако если не делать ничего, кроме поглощения тепла, энтропия уменьшится. Таким образом, тепловой двигатель должен отводить отработанное тепло в другой резервуар, и единственный способ сделать это — иметь резервуар, который холоднее двигателя. Кроме того, поскольку двигатель использовал часть тепловой энергии для работы, в этот холодный резервуар нужно отвести меньше тепла, чем было поглощено из горячего. Таким образом, чтобы использовать отведенное тепло для компенсации уменьшения энтропии из-за поглощения, резервуар для отработанного тепла должен быть намного холоднее, чем горячий. Чем больше разница температур между двумя резервуарами, тем больше работы мы можем выполнить с двигателем и при этом увеличить энтропию. Большие перепады температур приводят к большой «тепловой силе», необходимой для эффективной работы машины.

На рис. 5 показан чрезвычайно упрощенный анализ идеального двигателя; тот, который физики и инженеры называют двигателем Карно. В четырех сегментах, составляющих цикл, двигатель поглощает тепло, совершает внешнюю работу, отдает тепло и, наконец, поглощает часть своей собственной способности к работе, возвращаясь в исходное состояние. Он представляет собой наиболее эффективную тепловую машину из всех возможных, поэтому Рудольф Дизель специально спроектировал свой двигатель так, чтобы он приближался к этому циклу. Я вернусь к этому рисунку, когда буду обсуждать машины третьего закона.

Рис. 5. Цикл на диаграмме T-S (температура-энтропия) для представления процесса Карно. Я добавил метки, чтобы идентифицировать 4 отдельных сегмента цикла, чтобы сделать его сопоставимым с двигателем, например, с дизельным двигателем.

Машины прочие

Как я уже говорил, физики начинают считать законы термодинамики с нуля и не останавливаются до трех. Существуют ли машины нулевого и третьего рода? Что это за машины? Я не знаю никаких дискуссий о машинах, кроме первого или второго типа; Итак, то, что сейчас следует, является чистой спекуляцией.

Машины нулевого вида.

Нулевой закон термодинамики касается теплового равновесия. В нем говорится, что температура является мерой теплового равновесия, и эта температура работает следующим образом. Пусть «А», «В» и «С» будут тремя разными вещами. Если «А» находится в тепловом равновесии с «В» («А» и «В» имеют одинаковую температуру), а «В» находится в тепловом равновесии с «С» («С» и «В» имеют одинаковую температуру ), то «А» и «С» также должны находиться в тепловом равновесии («А» и «С» имеют одинаковую температуру). Этот закон настолько разумен, что мы все можем задаться вопросом, зачем он нам вообще нужен. Тем не менее, без него у нас нет оснований для использования термометра. Сейчас я покажу, какое отношение это имеет к вечному двигателю.

Помните, что разница температур означает, что тепло будет спонтанно течь между двумя объектами, а поток тепла также означает, что мы можем совершать работу. Предположим, что «А» и «С» — это небольшие резервуары для хранения тепла; как водяные бани, например. Подача или отвод тепла от них изменит их температуру. Предположим, что «В» — это огромный резервуар. Никакое количество тепла, извлекаемое из него или отводимое в него, никогда не изменяет его температуру.

Машина нулевого закона зависит от истинности следующей схемы. Резервуары «А» и «В» имеют одинаковую температуру, а «В» и «С» имеют одинаковую температуру, но «А» и «С» не имеют одинаковой температуры. Затем мы можем отсоединить «А» и «С» от большого резервуара, соединить их вместе через маленький двигатель. Резервуары «А» и «С» будут передавать тепло, запускать двигатель и в конечном итоге достигать одинаковой температуры. Теперь снова подключите их к «B», чтобы снова начать процесс. Эта машина будет работать вечно, и это машина нулевого типа.

Наше обсуждение до сих пор носит абстрактный характер, но мы можем найти примеры таких машин, заметив, что их существенной особенностью является то, что тепло (энергия) течет по бесконечному циклу. Невозможные машины, такие как вечная водяная мельница Мориса Эшера (рис. 2) или проточная колба Р. В. Хайнце ⁴ , являются машинами нулевого типа. Невозможный класс на самом деле идеально подходит, потому что нулевой закон утверждает что-то как физически, так и логически разумное; так что отрицание этого должно вести прямо к невозможности.

Еще кое-что, что я заметил о машинах нулевого закона, но что я не считал важным, пока недавно не нашел что-то написанное о машинах нулевого закона ¹¹ , это то, насколько они похожи на машины второго закона. Например, если мы скроем все детали, касающиеся моей гипотетической машины с нулевым законом, за исключением работы, производимой тепловой машиной, то машина с нулевым законом будет выглядеть точно так же, как машина, которая забирает тепло из резервуара, выполняет работу и больше ничего не делает. . Другими словами, это похоже на вторую судебную машину. Если можно построить машину нулевого закона, то можно построить машину второго закона.

Машины третьего рода

См. третий закон в заключительных примечаниях.

Люди формулируют третий закон по-разному. Нернст сформулировал это так: «… изменение энтропии процесса, действующего между состояниями равновесия, стремится к нулю при абсолютном нуле…» Поскольку я ничего не объяснял об энтропии или равновесии и не собираюсь этого делать, третий закон легче понять, если я сформулирую его так: «… ни один процесс не может достичь абсолютного нуля за конечное число шагов…»

Третий закон прожил пеструю жизнь, как выразился Земанский ⁵ , полную споров и путаницы. Прошло около тридцати лет с тех пор, как Нернст впервые провозгласил ее, чтобы большинство физиков наконец пришли к согласию относительно ее формулировки и значения. Некоторые, как Рольф Хаазе, утверждают, что в некоторых случаях 3-й закон следует непосредственно из 1-го и 2-го законов, иногда 3-й закон сложнее, чем теорема Нернста, и, в любом случае, 3-й закон не достоин быть называется законом. С другой стороны, C.B.P. Финн утверждает, что следствия 3-го закона наблюдаются экспериментально, и это свидетельствует о его справедливости и важности.

До сих пор я не касался математики, но чтобы проиллюстрировать вечный двигатель третьего рода, мне нужно немного математики. Второй закон гласит, что теплообмен приводит к изменению энтропии. Математически изменение энтропии dS, когда небольшое количество тепла (dQ) поступает в резервуар при температуре T, равно dS = dQ/T. В данном случае важно то, что преобразование нашего уравнения в dQ = TdS показывает, что знание изменения энтропии и температуры вдоль кривой в плоскости T-S эквивалентно знанию того, сколько тепла было передано, когда машина или процесс развивались вдоль изгиб. Поскольку тепло и энергия имеют одни и те же единицы измерения, интегрирование TdS также представляет собой обмен энергией. С помощью графика, отображающего T в зависимости от S, человек может анализировать работу машины или процесса. Заметьте также, что в перестановке второго закона я упустил из виду проблему того, что происходит, когда Т равно нулю; эта проблема становится очевидной через мгновение.

График зависимости T от S, показанный на рис. 5, физики называют циклом Карно. Он представляет собой идеальную машину, которая работает, отводя некоторое количество тепла из высокотемпературного резервуара и отводя отработанное тепло в низкотемпературный резервуар. Отброшенное тепло недоступно для работы в данном цикле; Итак, машина имеет КПД менее 1,0. Ни одна из деталей машины не имеет в настоящее время никакого значения, за исключением того, что двигатель Карно является наиболее эффективным тепловым двигателем, работающим между двумя резервуарами.

Количество работы, совершаемой двигателем Карно, равно площади, заключенной в цикле. Поскольку цикл Карно оперирует прямоугольным циклом в плоскости TS, вычисления тривиальны. Работа равна изменению в S раз (T _ч -T _c ), в то время как отведенное тепло равно изменению в S раз T _ч . Таким образом, эффективность становится равной 1-T _c /T _h . Эффективность 1 возможна, если T _c равно абсолютному нулю. Возможность отводить отработанное тепло в резервуар при абсолютном нуле позволяет построить машину с КПД, равным 1, без нарушения второго закона; или, другими словами, построить машину, которая забирает тепло из резервуара, работает и не оказывает никакого другого воздействия на вселенную. 2-й закон выполняется, поскольку бесконечно малое количество тепла, отводимого в резервуар при Т _c =0 может увеличить энтропию в достаточной степени, чтобы компенсировать уменьшение, которое произошло при отборе тепла из высокотемпературного резервуара. Вот тут-то нас и укусит деление на ноль в определении энтропии. Отсутствие третьего закона оставляет дверь в мастерскую вечного двигателя приоткрытой. Вечный двигатель третьего рода — это двигатель с холодным резервуаром при абсолютном нуле.

Однако для практического использования такого холодного резервуара машина должна достичь абсолютного нуля за конечное число шагов. Это означает, что две кривые постоянной энтропии на рис. 5 (называемые изоэнтропами) должны достигать абсолютного нуля, не пересекаясь, как это изображено пунктирными кривыми на рис. 5. Заявление Нернста отрицает эту возможность. Третий закон закрывает эту последнюю лазейку в термодинамике.

При обсуждении машин первого закона я заявил, что такие машины работают только до тех пор, пока они не исчерпают свой первоначальный запас энергии. Например, разбалансированное колесо будет вращаться до тех пор, пока трение не исчерпает свой первоначальный запас кинетической энергии. Однако что, если мы сможем создать машину, в которой нет трения? Если дать ему толчок, то он может крутиться, не нарушая ни одного закона термодинамики, и без трения будет крутиться вечно. Следовательно, у нас есть вечный двигатель, если только мы не пытаемся извлечь из него полезную работу. К счастью, никому еще не удавалось избежать рассеивания некоторого рода — трения, вязкости, электрического сопротивления — в какой-либо машине или процессе, работающем на принципах классической физики. Это рассеивание фактически означает, что машина отводит тепло в какой-либо резервуар — подшипник, резистор, смазку — выше абсолютного нуля. Предложение машин без трения составляет предложение машин третьего рода.

Наконец, у меня есть пример третьей законной машины, связанной с широко распространенной научной фантастикой. Это идея о том, что наши телевизионные сигналы просочились в космос, и что какая-то развитая раса на планете в 30 световых годах от нас приняла эти случайные сигналы и может ретранслировать их обратно к нам. Путь передачи от Земли к далекой звезде является каналом связи, и когда скорость передачи информации превышает пропускную способность канала, в передаче вскоре преобладают ошибки. По мере того, как сигнал распространяется далеко в космос, плотность его энергии уменьшается. Он остается заметным только до тех пор, пока он различим на фоне неба или пока его не скроют тепловые шумы в приемнике. Конечно, этот момент зависит от многих вещей, но давайте возьмем разумный пример. Предположим, что телевизионный передатчик может передавать мощность в один миллион ватт во всех направлениях. Предположим, что информационный контент в старой черно-белой телевизионной передаче требует полосы пропускания 5 МГц, как раз той, которую предоставляет FCC. Наконец, предположим, что у наших космонавтов есть параболическая антенна диаметром один километр, подключенная к приемнику с коэффициентом шума 3K. Тогда информативность транслируемого сигнала превышает пропускную способность канала связи на орбите Плутона. За Плутоном трансляция засыпана снегом. Для расшифровки телевизионной программы на еще больших расстояниях требуется фоновая температура и коэффициент шума приемника, которые ниже космического микроволнового фона. Предложение, чтобы космонавты могли смотреть старые передачи Я люблю Люси на любом расстоянии, если они просто ждут достаточно долго, предлагает, чтобы пространство и приемник имели эффективную температуру 0K; что это машина третьего рода.

Современное состояние технологии вечного двигателя

Орд-Юм утверждает, что интерес к вечному двигателю угасает. Он думает, что это так, потому что современная жизнь дает так много отвлекающих факторов, что у нас нет ни времени, ни желания думать о вечном двигателе. Возможно, с уходом из жизни лудильщика и интерес к нему угас. Судя по всему, Орд-Хьюм не слишком усердно искал мастеров. Они есть во всем Интернете. Что касается интереса к вечным двигателям, то он также не посещал ярмарки свободной энергии или холодного синтеза. До сих пор существует огромный интерес к предметам, подобным вечному двигателю. Реклама работает в 1967 вывел из кустов 41 изобретателя вечных двигателей ⁶ . Интересно, что большинство предложенных конструкций имели разбалансированные колеса. High Energy Research и Lindsay Publications продают видеоролики, документы и книги о вечном движении. Мир мошеннических энергетических устройств процветает.

Даже если бы всеобщий интерес к вечному двигателю угасал, он по-прежнему является вечной темой для авторов научных колонок. Однако иногда описания и анализы сбивают с толку больше, чем сам вечный двигатель. Что кажется правдой, так это то, что анализ вечного двигателя идет по давно установленным путям и иногда упускает из виду, почему какая-то схема не работает. Несколько примеров, взятых из научно-популярной прессы, иллюстрируют это.

Автор журнала Radio Electronics Magazine, например, жаловался в 1992 году, что он получает несколько запросов в неделю на информацию о вечном движении ⁷ .

«Глупо искать системы свободной энергии», — говорит он.

Я согласен, потому что знаю, что это невозможно. Однако научный обозреватель считает это глупостью, потому что

«…это ускорит продолжающуюся энтропийную смерть планеты.»

Он подразумевает, что вечное движение первого рода, разновидность свободной энергии, возможно, но нежелательно с точки зрения окружающей среды. Это ужасное рассуждение от человека, который в остальном технически проницателен.

Две машины, представленные в колонке OMNI несколько лет назад, еще раз иллюстрируют мою точку зрения ⁸ . Один даже не вечный двигатель, а другой вызывает недоумение, почему он не работает. Мои протесты автору колонки заслужили мне упрек типа «позвольте мне повториться, потому что вы, очевидно, не понимаете».

Гравитационная машина Schadewald

Связь между G и 9 см. в заключительных примечаниях.0272 г .

Боб Шадевальд, научный писатель, предположительно предложил эту штуковину в качестве первоапрельской шутки. Однако анализ редактора OMNI ⁸ не совсем точно отражает это.

Машина Шадевальда представляет собой кривое колесо, начинающееся тяжелым концом вверх. Очевидно, что кто-то должен был приложить некоторую энергию к этому колесу, чтобы привести его в такое положение. Итак, колесо начинается с некоторой энергии. Теперь, если колесу позволить вращаться, эта потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию (вращение). На самом деле, мы можем сказать это точно. Колесо набирает скорость до тех пор, пока его кривизна не окажется ближе всего к земле, затем оно замедляется, пока не вернется в исходное положение. Если H — максимальная разница высот центра тяжести машины при ее повороте, тогда mgH — максимальное количество кинетической энергии в нижней части каждого поворота, которая преобразуется обратно в потенциальную энергию по мере того, как вращение поднимает тяжелая сторона колеса снова. Это просто циклическое преобразование механической энергии между двумя формами.

Но Шадевальд добавляет сбивающий с толку элемент, он предполагает, что постоянная всемирного тяготения G уменьшается со временем. Что это делает?

По словам Шадевальда, я полагаю, с иронией, и некоторых более поздних авторов, это делает его колесо вечным двигателем, потому что оно постоянно набирает энергию. Он рассуждает так: если g ₁ — это ускорение свободного падения в конце одного цикла вращения, а g ₂ — это значение в конце следующего цикла, то G уменьшается при каждом обороте. листья мг ₁ H>мг ₂ H . Машина якобы набирает энергию вращения с каждым оборотом. Это ложный аргумент, поскольку он не учитывает всю энергию. Я уже говорил, что мг H — максимальная кинетическая энергия в конце каждого цикла. По словам Шадевальда, это также максимальный прирост энергии колеса. Если мы добавим энергию вращения к потенциальной энергии в любой точке вращения, мы обнаружим, что две суммы складываются в константу.

Нам не нужно предлагать что-то столь же экзотическое, как отказ G построить эту машину. Мы могли бы разместить машину Шедевальда в грузовом отсеке космического корабля «Шаттл» и высвободить ее, когда корабль пройдет максимальную «перегрузку» во время запуска. Когда шаттл выйдет на орбиту, машина Шедевальда будет вести себя так же, как если бы G должны были снизиться до нуля. Конечно, трение в конце концов останавливает двигатель Шадевальда, но это не относится к делу. Гравитационная машина Шадевальда представляет собой не более чем маховик, который вращается и, как ожидается, будет вращаться вечно при отсутствии трения. С каждым оборотом некоторое вращение переносится на следующий оборот. В конце концов наше перекошенное колесо вращается плавно (даже если подшипники ощущают циклическую силу). Но эта вращательная энергия не возникла спонтанно, и она не имеет ничего общего с уменьшением Г . Потенциальная энергия изначально была заложена в машину еще тогда, когда G было G , и теперь это энергия вращения. Медленное снижение значения G позволяет колесу, в конце концов, вращаться с постоянной скоростью; но кроме этого он ничего не делает. Нарушений термодинамики нет. Ни о каком вечном двигателе здесь вообще не может быть и речи.

Рис. 6. Двигатель Taisnierus Lodestone. Это главный предмет обсуждения вечного двигателя. К сожалению, люди увязают в объяснении механических недостатков устройства вместо того, чтобы объяснить, почему оно нарушает второй закон термодинамики.

Магнитный двигатель Taisnierus

Вторая машина, которую часто плохо объясняют, — это машина Йоханнеса Тайснируса, которую я показываю на рис. 6 выше. Постоянный магнит (магнит) тянет железный шарик вверх по склону. Но в наклоне есть дырка, в которую мяч, по глупости, все же падает. Это возвращает мяч вниз по горке через нижнее отверстие на склон, где он возобновляет подъем обратно к магниту. Бесконечное вращение мяча якобы является вечным движением.

При анализе того, почему эта машина не будет работать, редактор OMNI повторяет тот же ошибочный анализ, который использовал Angrist ² (см. , однако, первую из моих заметок для пересмотра этого). Он говорит,

«…любой магнит, достаточно сильный, чтобы подтянуть мяч вверх по пандусу, вытянет мяч через отверстие. Это кажется очевидным ⁸ …»

Это неочевидно и упускает из виду то, почему машина невозможна. Это говорит о том, что машина не будет работать, потому что в ее механической конструкции есть изъян. Это вечный двигатель или просто неудачная конструкция? Это объяснение ускользает от анализа машины как термодинамической невозможности.

Вполне возможно построить наклон так, чтобы сила магнетизма вверх по плоскости превышала силу тяжести, направленную вниз по плоскости. Мяч закатит самолет. В равной степени возможно, чтобы магнитная сила в месте расположения отверстия, направленного вверх, была меньше, чем сила тяжести прямо вниз по трубе. Затем мяч упадет в отверстие. В какой-то момент трубка имеет меньший наклон, чем плоскость, потому что она доставляет мяч обратно на плоскость, поэтому мяч сначала будет ускоряться вниз по трубе, затем замедляться, затем катиться по наклонной плоскости, а затем снова катиться по плоскости, как пока он может избежать нижнего отверстия. Таким образом, пока мы пренебрегаем трением и потерями, можно сконструировать машину для вечного цикла. На самом деле фальшивый вечный двигатель, о котором я упоминал во вводной части, якобы работает по тому же принципу. Много лет назад в колонке любителей ученых были проекты магнитных машин, очень похожих на конструкцию Тайснируса, которые вели себя как вечные двигатели, за исключением того, что у них был скрытый источник энергии.

Почему же тогда машина в том виде, в каком ее спроектировал Тайснирус, не работает? Причина в том, что мяч будет терять небольшое количество энергии на трение во время каждого цикла. Таким образом, мяч остановится в другом месте на рампе, чем в том, где он начал. Чтобы вернуть мяч точно в исходную точку, требуется, чтобы что-то добавило немного энергии, чтобы переместить мяч в нужную точку. В противном случае мяч в конце концов остановится где-нибудь на нижней рампе. Небольшое количество энергии, добавляемой за каждый цикл, не позволяет настоящей машине стать вечным двигателем.

Некоторые необычные темы

Мусорный дымоход

У моего знакомого профессора из Университета Юты было много творческих предложений по проектам. Кроме того, он был ужасным шутником и мог говорить самые возмутительные вещи с невозмутимым видом.

Однажды он предложил построить дымоход из какого-нибудь легкого материала, например кевлара, через атмосферу, и откачать дымоход с помощью вакуумного насоса. На его нижний конец ставим шлюз. Складываем мусор в воздушный шлюз, открываем вакуумную сторону и выдуваем мусор далеко в космос. Он поклялся, что после эвакуации дымоход будет работать вечно. Все содержимое шлюза выдувается, оставляя шлюз готовым для следующей загрузки одноразовых подгузников. Я рассмеялся, думая, что все это шутка. Он даже не улыбнулся. Он серьезно или дергал меня за ногу? Не знаю; но, каковы бы ни были его намерения, его схема представляет собой пример использования термодинамики для изучения процесса.

Такую машину довольно сложно тщательно проанализировать. Откройте шлюз, и мусор и воздух разлетятся повсюду. Чем именно все заканчивается, сказать непросто. Несмотря на эту сложность, легко показать, что эта машина не будет работать так, как рекламируется. Если это так, то он становится вечным двигателем первого рода. Видите ли, мы можем отправить мусор в космос, где у него много как потенциальной энергии в силу его высоты над землей, так и кинетической энергии в силу того, что он достиг орбитальной скорости. Мол, мы можем делать это бесконечно. Однако эта энергия должна откуда-то браться, но единственная первоначальная работа, которую мы проделали, — это выкачать воздух из дымохода. Таким образом, мы предлагаем выполнять произвольный объем работы за счет ограниченного начального запаса энергии. Схема похожа на вечную водяную мельницу. Это машина первого рода.

Рис. 7. Создатель дождя, предложенный Хосе Пейшото, на необитаемом острове. Два слоя воздуха представляют собой сухой воздух, который также может быть прохладным, C _d , покрывающий тонкий слой теплого влажного воздуха W _m . Как только мы наполним трубку плавучим воздухом, машина сможет работать сама по себе, получая энергию от разницы плотностей влажного и сухого воздуха.

Вечный создатель дождя

В 1960-х годах Хосе Пейшото, известный климатолог, предложил ближневосточным инженерам взять под контроль гидрологический цикл и построить вечный генератор дождя. На рис. 7 показана его схема. Трубка из какого-то легкого материала, например кевлара, поднимается прямо на высоту около 3000 м. Влажный воздух всегда в изобилии тонким слоем у берегов Ближнего Востока. Если мы вначале каким-то образом направим часть этого воздуха в дымоход, он будет остывать по мере подъема и выливать свою влагу дождем. Вскоре снизу начинает течь теплый влажный воздух; прохладный, сухой воздух, выходящий сверху; и непрекращающийся поток пресной воды, собирающийся на земле.

Конечно, это звучит как вечный двигатель. Это один?

Создатель дождя не является машиной первого рода. Машина первого рода производит неограниченную работу при скромном начальном запасе энергии. В генераторе дождя мы обеспечиваем скромную начальную энергию, нагнетая теплый влажный воздух в дымоход. Однако, как только он работает сам по себе, генератор дождя подключается к собственному источнику энергии. Это скрытая теплота водяного пара во влажном воздухе.

Это машина второго рода? Еще раз ответ нет; потому что он поглощает тепло из высокотемпературного резервуара, влажного воздуха, а часть отбрасывает в отток холодного воздуха. Фактически, мы можем нарисовать диаграмму T-S для его работы, зная, каков воздух на входе и выходе. Я не решаюсь начать обсуждение того, как это сделать, но на рис. 8 показана примерная схема генератора дождя. Участок цикла, помеченный цифрой 1 в кружке, представляет собой часть цикла, которая проявляется в самой машине. Здесь влажный воздух поднимается вверх по тому, что метеорологи называют «псевдоадиабатой». Остальные три части цикла происходят вне генератора дождя. Секция 2 возникает, когда холодный сухой воздух, выходящий из верхней части дымохода, смешивается с окружающей средой и излучает тепло в космос. Участок 3 происходит, когда этот смешанный воздух снова опускается к поверхности океана, а участок 4 возникает, когда воздух набирает тепло и влагу с поверхности океана на обратном пути в создатель дождя.

Судя по этому описанию и диаграмме, генератор дождя ведет себя так же, как ураган, разрушивший дом, и имеет примерно такую ​​же эффективность.

Рис. 8. Диаграмма температура-энтропия генератора дождя. Я описываю в тексте четыре отдельных раздела его цикла.

Тектоника плит

Вопрос «Что является движущей силой тектоники плит?» занимает умы геофизиков уже 40 лет. Есть несколько возможных источников энергии, но большинство геофизиков, вероятно, согласятся с тем, что тепло, вытекающее из мантии на поверхность, является вероятным кандидатом. Рисунок 9это мультфильм о том, как это работает. Горячий материал поднимается из глубин мантии к основанию литосферы в верхней мантии по спрединговому хребту. Здесь она течет вбок, отбрасывая на всем пути тепло. Это тепло передается на поверхность земли. По мере охлаждения литосфера утолщается. В конце концов литосфера каким-то образом вынуждена вернуться в мантию, где она должна расплавиться, снова смешаться с основным материалом и снова появиться миллионы лет спустя на хребте. Когда материал опускается и перемешивается, он поглощает тепло.

Таким образом, тектонический цикл плит является тепловым двигателем. Количество отбрасываемого им тепла составляет 0,04 вт/м ² в среднем по всей земле, что кажется совершенно незначительным, если учесть, что этой энергии достаточно только для одной лампы для чтения на каждые 100 м ² . Солнечная энергия в десять тысяч раз больше.

Ситуация еще хуже, потому что второй закон термодинамики говорит, что не вся эта энергия полезна для работы. Нижняя и верхняя мантии имеют небольшую разницу температур между собой. Возможно, температура колеблется от 1500К до 1300К. Тектонический двигатель, вероятно, имеет гораздо меньший КПД, чем двигатель Карно, но даже двигатель Карно, работающий между этими температурными пределами, имеет КПД всего 15%. Таким образом, как тепловая машина, тектоника плит страдает от низкой плотности энергии, что еще больше усугубляется низким тепловым КПД. Неудивительно, что плиты движутся так медленно.

Какие еще существуют возможности? Возможно, низкая температура, при которой отводится тепло, меньше 1300К. Возможно, некоторое количество тепла, проводимого через литосферу, особенно вблизи спрединговых хребтов, помогает тектоническому двигателю за счет теплового расширения. Даже если бы эффективная температура холодного резервуара составляла 1000 К, двигатель мог бы иметь КПД не более 30%. Это все еще маломощный мотор.

Ряд геофизиков предполагают, что различия в плотности между различными материалами, показанными на рисунке 9запустить тектонический двигатель. Обратитесь к мультфильму еще раз. Вблизи спредингового хребта вещество верхней мантии при плавлении меняет свой состав (фракционируется). Я обозначил эту область штриховкой на рисунке. Этот материал с низкой плотностью поднимается и кристаллизуется, образуя океаническую кору. По мере того как литосфера стареет, охлаждается и утолщается, ее нижняя часть претерпевает фазовый переход в плотную форму материала. Я показал это штриховкой на погруженной плите. Этот плотный материал погружается обратно в мантию и ускоряет циркуляцию материала 9.0198 10 .

На первый взгляд кажется, что это предложение дает огромное количество потенциальной энергии для тектонического двигателя. Однако, если она продолжает работать в этом цикле, тектоника плит представляет собой вечный двигатель, потому что рабочая жидкость проходит цикл, заканчиваясь там, где она началась, в неизменном виде, не изменив ничего во Вселенной, кроме выделения некоторого количества тепла. Тепловой поток, опять же, является единственным необратимым изменением, которое демонстрирует эта модель, что ограничивает ее эффективность до эффективности двигателя Карно.

Есть и другие возможности. Возможно, в дополнение к тепловому потоку происходит постоянное химическое изменение. То есть менее плотный материал постоянно включается в кору, в то время как более плотный материал медленно оседает в нижнюю часть мантии или ядра. Это могло бы расшевелить мантию. С другой стороны, могут быть и другие механические источники энергии. Например, приливное сопротивление может преобразовать часть вращения Земли в циркулирующий материал в мантии.

Каким бы ни был окончательный ответ, анализ тектоники плит как механизма с помощью термодинамики, вероятно, даст удивительные результаты.

Рис. 9. Рисунок тектонической машины плит, которая приводит к океаническому спредингу, субдукции на краях плит и островодужному вулканизму. Заштрихованными отмечены места, где происходит фазовый переход и сопровождающее его изменение плотности.

Насколько горячими мы можем сфокусировать солнечные лучи?

Последний пример необычен, потому что он связан с проблемой, которая не связана с машинами или работой. Маленькие мальчики, как мы знаем, любят сжигать предметы с помощью увеличительных линз, фокусируя на них солнце. Можно ли сделать этот фокус горячее самого солнца?

Предположим на мгновение, что фокус горячее солнца. Тогда можно построить следующую штуковину. Сосредоточьте солнечный свет на каком-то входе в тепловую машину. Поскольку мы предполагаем, что этот фокус более горячий, чем само солнце, тепло будет спонтанно возвращаться к солнцу. Итак, мы можем организовать поток тепла через двигатель, чтобы он совершал какую-то работу и отводил отработанное тепло обратно к солнцу. Другими словами, солнце является источником тепловой энергии, а также является свалкой отработанного тепла. Это аммиачный двигатель Gamgee, снова созданный при очень высокой температуре. Это машина второго рода. Наше предположение, что фокус мог стать таким горячим, явно неверно.

Библиография

• 1. Артур В.Г.Х. Орд-Юм. 1977. Вечный двигатель: история навязчивой идеи. Пресса Святого Мартина. Нью-Йорк. (цитата Кили, стр. 147)
• 2. С.В.Ангрист. 1968. Вечные двигатели. науч. Являюсь. 218:114-122, январь.
• 3. Newsweek. Человек в движении. 82:84, № 5 73.
• 4. Р. В. Хайнце. 1948. Почему не работает вечный двигатель. науч. Дайджест. 24:42-46. Август.
• 5. Земанский М. Температуры очень низкие и очень высокие. Дувр. 1964.
• 6. М. Ламм. 1967. Ура человеческому духу, человеческому духу, человеческому духу… Esquire 68:142-143, декабрь. Ламм отмечает, что изобретатели вечных двигателей никогда не сотрудничают друг с другом, поэтому они обречены создавать одни и те же вещи снова и снова.
• 7. Д. Ланкастер. Снова вечный двигатель. Радио. Электр. 63:77-79, февраль 1992 г.
• 8. С. Моррис. 1990. Вечный двигатель — почему эти машины остановятся? ОМНИЙ 12:98-99, июль.
• 9. К. Б. Хикс. 1961. Почему они не работают? Являюсь. Наследство. 12:78-83 апрель.
• 10.Р. А. Керр. 1995. Поверхность Земли может двигаться сама. Наука. 269, 1214-1215.
• 11.Р.К. Вангнесс. 1971. Вечный двигатель нулевого рода. AJP 39, 898-900.

Технические примечания:
Сверхпроводимость также кажется примером процесса, который длится вечно. Большинство учебников по физике объясняют, что сверхпроводимость не является вечным двигателем, потому что это не классический эффект. Это макроскопический квантовый эффект — вроде атома размером с комнату, а мы знаем, что атомы вечны. Они не «стекают». Однако мне кажется, что неизбежные несовершенства сверхпроводника и его окружения почти гарантируют, что этот макроскопический атом в конце концов остановится.

Повторное чтение Ангриста показывает, что его заявление о дефекте магнитного двигателя не ошибочно, а двусмысленно. Он заявляет: «Любой магнит, достаточно сильный, чтобы тянуть мяч вверх по пандусу, будет слишком сильным, чтобы позволить ему упасть обратно в исходную точку». Вы можете видеть, что, прочитав заявление Морриса, я был готов сделать тот же вывод из Энгриста. Теперь я вижу, что Энгрист не говорит того, что ему приписывает Моррис, но я все еще не уверен, что Энгрист имеет в виду.

Как уравнение dU = dQ — dW формулирует первый закон термодинамики? Я уверен, что это кажется загадкой для студентов-физиков. Что делает тайну еще глубже, так это то, что ключ к ее пониманию никогда не находится в поле зрения самого уравнения. Вот что я считаю ключом к пониманию этого дифференциального утверждения:

dQ, количество тепла, поступающее в цикл на коротком отрезке, не является точным дифференциалом. Если мы возьмем систему вокруг замкнутого цикла, то Q по циклу не равно нулю, и его значение зависит от пути, пройденного по циклу.

дВт, количество работы, выполненной на коротком отрезке цикла, также не является точным. Опять же, W вокруг замкнутого цикла зависит от выбранного пути.

dU — это точный дифференциал . Его значение вокруг замкнутого цикла равно нулю. Таким образом, неточность Q равна минус неточности W на любом выбранном пути. Мы можем преобразовать Q и W друг в друга в любом замкнутом цикле, но мы не можем сделать из одного больше, чем используем другого.

Свидетельством чего-то вроде третьего закона является то, что теплоемкость всех реальных веществ приближается к нулю, когда температура приближается к абсолютному нулю. Это препятствует тому, чтобы dQ в дифференциальной формулировке второго закона (dS=dQ/T) вызывало бесконечность dS, когда T приближается к нулю; и препятствует тому, чтобы бесконечно малое количество тепла, отброшенное при абсолютном нуле, удовлетворяло второму закону.

Связь между ускорением свободного падения g и универсальной гравитационной постоянной G равна g ₁ =MG/(R _e ² ), где; M = масса Земли, а R _e — ее радиус.

Однако в предложении Шадевальда есть что-то странное. Предположим, что G не уменьшается плавно, как предполагает Шадевальд. Предположим, что оно внезапно падает, когда тяжелый конец колеса начинает катиться вниз, а затем остается постоянным. По-видимому, колесо не будет иметь кинетическую энергию в нижней точке цикла, равную потере потенциальной энергии. Куда уходит эта энергия?

Другие документы

Эти ссылки предоставлены Анатолием Сухольдским. Это очень интересные статьи по термомеханике, но они достаточно технические.

• Концепция возобновляемого цикла
• Вибрационные движущие силы
• Капиллярные движущие силы

Эксергия, мембраны, демон Максвелла и Четвертый закон

Эта статья очень
необычен, потому что он имеет дело с вечным двигателем, который законы термодинамики
забыл запретить. Вечные двигатели, в их наиболее распространенном определении,
те, которые производят высококачественную энергию, такую ​​как электричество или
механические работы, бесплатно. Естественно, этого не может быть, иначе мир пошел бы
вверх дном: состояния превратятся в нищету, правительства развалятся,
и земля начнет прогреваться навсегда. Но, к счастью, термодинамика
есть законы, чтобы предотвратить такой беспредел.

Первый закон запрещает
что-либо из получения большего количества энергии, чем вложено, эффективно сводя на нет
машины, сделанные из магнитов, неуравновешенных рычагов и самовосстанавливающихся двигателей.
Кроме того, Второй закон устанавливает строгий предел эффективности
преобразование тепла в работу, так что те, кто думал решить все мировые проблемы
путем извлечения обильной энергии из окружающей среды, куда она в конечном итоге возвращается
только для повторного использованиявынуждены были вложить свои значительные
творчество для лучшего использования. Вечный двигатель — золото дураков, наше
учебники говорят, предназначенный для гибели тех, кто не удосужился бодрствовать
во время урока Термо. Конечно, недостатки таких машин порой трудно увидеть. Например, этот, основанный на свете.

Еще одна вечная машина
(называемый некоторыми представителями третьего вида, чтобы отличить его от первого и
второй вид, в общих чертах описанный выше). Хитрость заключается в том, чтобы
получить массу (скажем, это плитка мороженого) до абсолютного нуля. Затем один
можно пойти в ближайший хозяйственный магазин, купить идеальный цикл Карно и наклеить его на батончик мороженого с абсолютным нулем, как показано на рисунке ниже

Второй закон дает
КПД такой машины, это выражение, где температура должна
быть выражено в Кельвинах любой другой абсолютной шкалы:

Где T _H и T _L — высокая и низкая температуры цикла,
соответственно. Если низкий
температура в цикле равна абсолютному нулю, то КПД установки равен
ровно один, а это означает, что все тепло, отводимое в окружающую среду, будет
преобразуется в полезную мощность. Дополнительным преимуществом является то, что тепло отводится
бара мороженого будет ровно ноль, так что наше драгоценное имущество никогда не увидит
его температура выше абсолютного нуля. Мы можем держать нашу машину в рабочем состоянии
навсегда (помните, это идеальный цикл Карно),
создание полезной энергии из окружающей среды. Это, конечно, запрещено
Второй закон, поэтому эта машина на самом деле представляет собой особый тип вечного двигателя.
машина второго рода, и придавать ей отдельный вид не очень
гарантировано.

Есть ли такая вещь
как настоящий вечный двигатель
третий вид ?

Введите эксергию. Это очень
полезная концепция обесценивает энергию, чтобы дать возможность производить полезную работу.
Например, эксергия теплоты со значением 90 272 Q 90 273 меньше, чем 90 272 Q 90 273 , потому что не вся она
можно превратить в работу, согласно второму закону, а точнее:

где Т ₀ температура
окружающей среды, которая обычно является теплоотводом в обычных термодинамических системах.
Все, что содержит энергию, содержит и эксергию, в том числе и то, что
вообще не содержат энергии. Например, в вакуумированном резервуаре нет материала,
и, следовательно, нет энергии, но ее можно использовать для выработки энергии, вызывая
среде, чтобы толкнуть поршень или поставить гребное колесо перед набегающим
воздуха, если бак будет проколот. Важно не то, будет ли власть
исходит из системы или нет, а скорее то, что система есть возможность путем
которые сама система или окружающая среда смогут производить энергию.

Эксергия веществ может
вычисляется многими способами, и это обычно связано с его термодинамическим
состояние и состояние окружающей среды, определяемое ее температурой, T ₀ ,
давление, p ₀ и другие свойства. Частный случай
интерес для нашего вечного двигателя третьего рода есть эксергия
вещество, молекулы которого способны испаряться в окружающую среду.
Если это вещество, скажем, ведет себя как идеальный газ (а каждое вещество будет,
как только его давление пара становится достаточно малым), его эксергия определяется выражением
следующее выражение (при условии, что его удельная теплоемкость Cp — постоянная, для простоты):

Где y и y ₀ — его мольные доли в системе и в окружающей среде соответственно,
p и p ₀ – давления. Итогом этого является то, что
вышеприведенная формула, которая выведена в строгом соответствии с первым и вторым
законам термодинамики, будет давать бесконечную эксергию всякий раз, когда y ₀ равно нулю, то есть всякий раз, когда вещество полностью отсутствует в
Окружающая среда. Создание вещества, полностью отсутствующего в окружающей среде
хотя это не такая надуманная концепция. Фармацевтические компании занимаются
это все время, когда синтезируют новые лекарства. Физики делают это рутинно,
на субатомном уровне, когда сталкиваются частицы
путешествуя с высокой скоростью, чтобы создавать новые частицы. Требуется больше или меньше энергии
для образования нового вещества, но это всегда конечное количество. Объем работы
требуется, как минимум, равна его химической эксергии, которая получается
когда соединению позволяют реагировать, производя работу (скажем, в топливном элементе), или
возможно поглощающая работа, вплоть до соединений, которые присутствуют в окружающей среде,
и им затем позволяют диффундировать в эту среду, внося больше
работать с членами той же формы, что и уравнение (3), но которые теперь конечны
потому что ни один из y ₀ концентрации
в окружающей среде равно нулю. Конечно, уравнение (3) не должно быть
применяется, когда вещество полностью отсутствует в окружающей среде, а скорее
сначала нужно рассчитать, сколько эксергии требуется для образования вещества
путем химической реакции, начиная с веществ, которые присутствуют, а затем добавляют
эксергия, которую должны были бы иметь эти вещества, прежде чем они расширятся в
среды, как описано выше. Но тогда остается парадокс, что вещество
для синтеза которого не требовалось бесконечной эксергии,
кажутся обладающими бесконечной способностью выполнять работу, если ему просто позволить
расширяться в окружающую среду.

Для
пример того, как будет работать настоящий вечный двигатель третьего рода,
посмотрите на рисунок ниже:

синтезатор представляет собой систему черного ящика, в которой некое новое вещество (назовем
it novium) синтезируется, начиная с
веществ, присутствующих в окружающей среде. Этот процесс, как мы видели выше и знаем
по опыту, берет конечное количество энергии, состоящей из работы и теплоты.
Образовавшийся в синтезаторе новий теперь перемещается в
расширительная камера, поддерживающая ту же температуру, что и окружающая среда,
где он испаряется и встречается с мембраной, проницаемой для всех
вещества, присутствующие в окружающей среде, но не новий.
Мембрана, следовательно, будет подвергаться давлению паров новия с одной стороны и не будет подвергаться силе с другой. если это разрешено
чтобы двигаться, мембрана будет производить работу, так как газ новия расширяется при постоянной температуре, поглощая тепловую энергию от
Окружающая среда. Процесс может двигаться с исчезающе малой скоростью, приближаясь к
равновесие во все времена. Этот процесс также обратим, так как всегда
можно проталкивать мембрану против давления паров новия до тех пор, пока она не сконцентрируется в небольшом объеме. Под этим
условий, и устранив трение и другие необратимости,
камера расширения будет производить работу на единицу массы, равную ее эксергии,
дано в уравнении выше. С y ₀ новия (в среде) равна нулю, то работа, произведенная при бесконечном ходе
для смещения мембраны также будет бесконечно. Другой способ взглянуть на это
заключается в том, что новий подвергается постоянной температуре
процесс. Так как это идеальный газ при малых концентрациях, то работа будет

, что приводит к логарифмической зависимости между работой и объемом. В итоге для достаточно
большой объем (на самом деле он не обязательно должен быть бесконечным), расширительная камера
проделает достаточно работы, чтобы создать необходимый образец новия, а затем и некоторые другие. Следует отметить, что уравнения (3) и (4), далеко не
разрушаться по мере расширения, будет все меньше и меньше
идеализация, поскольку все вещества приближаются к идеальному газовому поведению, поскольку их пар
давление стремится к нулю.

Энергия, конечно, приходит
из окружающей среды, в основном за счет тепловых взаимодействий в синтезаторе и
расширительная камера. Но температура окружающей среды постоянна, поэтому
не должно быть возможности произвести какую-либо работу, извлекая из него теплоту,
согласно второму закону. И все же, анализ уравнений выше
говорит, что этот результат вытекает непосредственно из этого закона, поскольку логарифмический член
который дает бесконечный результат, также может быть получен из:

где

— разность энтропий идеального газа (с
постоянные удельные теплоемкости) между данным состоянием и состоянием окружающей среды.
Здесь используемое давление является парциальным давлением газа в случае, если
другие газы смешались с ним, что является обычной ситуацией.

Что здесь произошло? Как
удалось ли второму закону привести к результату, который кажется противоречащим закону?
сам?

Следует отметить, что
тот факт, что никто не сделал и, вероятно, никогда не сможет сделать, такая машина не
аргумент против парадокса. Точно так же никто не смог построить что-то
так же просто, как цикл Карно, потому что всегда есть необратимости, такие как трение и теплопередача
через конечные температурные промежутки, и все же наука термодинамика основана
в теме. Нет, здесь важен тот факт, что предложенная выше машина в своем
идеальная форма, кажется внутренним противоречием второму закону, который эти законы
приличия не терпят даже в самой идеальной форме.

Причина, по которой машина
не является вечным двигателем, нарушающим ни первый, ни второй законы
это потому, что он на самом деле не работает в циклах. Действительно, после того, как первый образец новия расширился, производя столько работы, сколько мы
позаботился о сборе, необходимо вернуть его в исходное состояние. А
Клапан открывается на его дальней стенке, и мембрана может двигаться назад ни при каких обстоятельствах.
перепад давления, вентиляция новия в
Окружающая среда. Но это означает, что в следующий раз, когда мы попытаемся расширить образец газа-новия, он уже не будет полностью отсутствовать в анализе.
среды, и, таким образом, бесконечная работа будет невозможна.

Да, но то же самое может быть
сказано о цикле Карно, который поглощает тепло от
источник тепла с постоянной температурой без снижения его температуры, и
отводит тепло к теплоотводу, не повышая при этом его температуру.
мысленная конструкция состоит в том, что эти два термальных резервуара бесконечны для этих
целей, и так чуть больше или меньше тепла не меняет их температуру. Это
Было бы несправедливо не придать аналогичную способность поглощать новий среде, окружающей машину, чтобы концентрация новия в окружающей среде не изменялась из-за нескольких
(или миллион) глотков вбрасывается.

Кроме того, ничего
запрещает механизатору изменять состав новия для следующего хода (вместе с составом
мембрана). Это то, что требует конечного объема работы, так что
следующий цикл работает почти так же, как и первый, насколько машина
обеспокоенный. Нет страха, что у вас закончатся различные вещества для изготовления, поэтому
машина будет работать бесконечно долго. Однако это совершенно не то же самое
процесс, если состав новия изменился. Мы
вернемся к этому аспекту позже.

Но возможно такая машина есть
невозможно, потому что никакая мембрана никогда не сможет отличить новиум от других газов, контактирующих с ним, и, таким образом,
перестанет работать как надо. Работа, которую мы просим мембрану
выполнить действительно довольно деликатно и не сильно отличается от выполняемой работы
нашим добрым старым другом, демоном Максвелла.

Демон Максвелла, на фото
внизу, должен стоять на страже у маленького люка и позволять только быстро
молекулы двигаются слева направо, а медленные молекулы двигаются справа на
влево, в результате чего вскоре создается разница температур, против
Второй закон. Но демон Максвелла не может выполнять свою работу, если он не анализирует
скорость приближающихся молекул, и при этом он создает больше энтропии
чем он разрушает, классифицируя молекулы на быстрые и медленные. Вопрос
есть ли у мембраны подобное ограничение?
Как мембрана отличает новий от любого другого
вещество?

Ответ не простой,
Полупроницаемые мембраны работают по-разному. Мембрана, которая
вокруг каждой из клеток нашего тела, например, имеет рецепторы многих
видов на его поверхности, и определенные молекулы могут зацепляться за него с помощью
водородные связи, если их геометрия соответствует рецепторам.
Ученые смогли проделать то же самое с фрагментами ДНК на кремнии.
чип, используя ферменты рестрикции, которые связываются только с определенными последовательностями. Если новий основан на ДНК, то подложка, покрытая
фермент рестрикции для его конкретной последовательности сможет остановить его, поскольку он
пытается пройти мимо, пока его не остановит ни одна другая молекула. Новиум, связанный с ферментом, в конечном итоге достигнет
равновесие (контролируемое вторым законом) со свободным новием,
так что столько же молекул высвобождается обратно в расширительную камеру, сколько
захвачены на его поверхности. Результатом будет барьер для новия,
и вечный двигатель третьего рода сможет работать.

Но бывает и хуже: сделать
мембрана, которая остановит новий, но не остановит
все остальное может быть таким же простым, как сделать молекулу новия больше, чем любая другая молекула, присутствующая в окружающей среде. Обычный
стена с достаточно большими отверстиями для тех, но не для новия,
бы сделать свое дело. Это самый ленивый вид демона Максвелла. Демон Максвелла, которому не нужно тратить энергию, чтобы классифицировать входящие
молекул и, следовательно, не генерирует энтропию для работы. Этот случай отличается
от подпружиненного демона Максвелла в правой части рисунка выше,
который пропускает только те молекулы, которые достаточно быстро, чтобы открыть дверь против
весна. Возможно, это не слишком надуманно: недавно стало известно, что наноматериалы ведут себя аномально там, где действует второй закон.
обеспокоены, вероятно, из-за их микроструктуры. Но даже микроскопический
Сортировочная дверь попадает под проклятие второго Закона. Тот крошечный источник, действительно,
в конечном итоге забрал бы часть энергии входящих молекул, в результате чего
что дверь в конечном итоге будет так сильно трястись, что вскоре она не сможет
классифицировать молекулы вообще. Но мембрана с простыми отверстиями не выдержала бы
не больше энергии, чем стена без отверстий. Материал стен может быть идеально
жестким, и тем не менее он выполнит свою миссию по надежному удержанию новия с одной стороны. Молекулы, слишком большие для того, чтобы пройти сквозь них, отскакивают.
упруго, в то время как те, которые проходят, не должны терять энергию при этом.

Тем не менее, наш инстинкт подсказывает нам
что должна быть причина, по которой эта машина не может работать, иначе мир может рухнуть.
с ног на голову. Учтите это: газу в расширительной камере не нужно
полностью отсутствовать в окружающей среде, чтобы машина могла производить энергию; Это
только должно быть достаточно редким, чтобы его производство требовало меньше энергии, чем его
дает, когда он расширяется, согласно уравнению. (4). Ан
изобретатель может рассуждать о том, какие газы легко получить, но редко встречаются снаружи,
но давайте просто посмотрим, например, на углекислый газ. Чистый CO ₂ банка
генерироваться рядом процессов, хорошо известных первокурсникам (например,
капающий уксус на мрамор), ни одно из которых не требует много энергии. Тем не менее,
молярная доля CO ₂ в земной атмосфере составляет всего 0,0003, что дает,
из уравнения (3) 456,6 кДж на кг чистого СО ₂ в расширительной камере при стандартной температуре 25°С. Один раз
освобождаясь, CO ₂ захватывается обратно в горные породы биотическими процессами,
так что в конечном счете мощность, производимая машиной, исходит от солнца. Это,
следовательно, вечный двигатель или нет?

Но, возможно, это
пример, хотя, возможно, основа для метода производства энергии служит только для
запутать вопрос, а именно: могут ли законы термодинамики позволить
случай бесконечной эксергии. Возможно, проблема в том, что закон термодинамики
что мешает этому вечному двигателю работать еще не было
обнародованы, и поэтому машина продолжала бы счастливо работать, не обращая внимания на
какой-либо вины или проступка.

Третий закон существует
уже, поэтому новый закон (если Бог решит его принять) должен был бы называться
Четвертый закон в лучшем случае. Это может выглядеть так:

Невозможно для
эксергия любой системы бесконечна.

Или, точнее:

Это невозможно для
концентрация любого вещества равна нулю.

Во второй форме
Четвертый закон подозрительно пахнет котом Шредингера, который одновременно и мертв, и жив. В нашем случае нежить-новиум приобрела способность туннелировать, призрачно-кошачью,
через любую стену, так чтобы он был по обе стороны от нее одновременно. Там было
всегда определенное количество туннелей, контролируемое принципом Гейзенберга, но
теперь мы устанавливаем минимальное значение: должно быть как минимум достаточно туннелирования, чтобы
что эксергия этой кошки падает ниже силы, необходимой для ее создания.

Но, может быть, Бог будет счастлив
с этой лазейкой: новиум в нашей машине не будет
одно и то же в каждом такте, и поэтому машина строго не обкатывается
циклы. В этом случае он мог бы позволить нам продолжать использовать его, чтобы производить бесконечную энергию.
пока мы не наполним эту вселенную нашими творениями (такими как
разные виды новия). И тогда, ну наконец
уметь сказать (на всякий случай довольно приглушенным голосом):

Eppure , пожалуйста!

вернуться на домашнюю страницу

Вечный двигатель « KaiserScience

Вечный двигатель — это гипотетическая машина, которая может выполнять работу бесконечно долго без источника энергии.

Термин широко используется в физике, научной фантастике, теориях заговора и мошенничестве.

Можно классифицировать эти предполагаемые вечные двигатели по особому закону термодинамики, который машина призвана нарушить:

Следующий план основан на статье о вечном двигателе из Википедии, Вечный двигатель (Википедия)

Производит работу без подвода энергии?

Нарушает первый закон термодинамики!

Вот одна конструкция, которая предположительно работает вечно и производит больше энергии, чем потребляет.

«Неподвижный электромагнитный генератор»

Посмотрите на цифры: выдает больше энергии, чем вкладывает.

Звучит круто, правда? Неправильно — это просто признак инженера, который не понимает термодинамику. Это может сделать каждый, потому что сила — это не то же самое, что энергия!

Конечно, это устройство может временно производить больше энергии, как и любое другое устройство. Но когда вы даете ему поработать какое-то время, вся энергия истощается, а затем он отключается.

–

Самопроизвольно преобразует тепловую энергию в механическую работу.

Теперь, когда тепловая энергия эквивалентна выполненной работе, это не нарушает закон сохранения энергии

, однако

нарушает более тонкий второй закон термодинамики задействован один тепловой резервуар:

Охлаждение самопроизвольное – 

без передачи тепла в резервуар-холодильник .

Это преобразование тепла в полезную работу без каких-либо побочных эффектов

нарушает второй закон термодинамики.

http://www.sciencearchive.org.au/
events/sats/sats2003/evans.html

Предполагается, что полностью устранит трение, чтобы поддерживать движение навсегда.

(В-третьих, здесь относится исключительно к положению в этой классификационной схеме, а не к третьему закону термодинамики.)

Хотя сделать такую ​​машину невозможно – диссипация никогда не может быть устранена на 100% – тем не менее, можно приблизиться к этому идеалу.

Такая машина не могла служить источником энергии, но могла работать как накопитель энергии.

Этот «вечный двигатель», кажется, использует гравитацию и магниты, чтобы заставить металлический шар двигаться вечно.

Вы можете понять, как это подделывается? В видео есть тонкие подсказки.

изображение с http://gizmodo.com/9-gifs-которые-делают-вечные-двигатели-реальностью-5994377

Видео

Почему вечные двигатели никогда не работают? — Нетта Шрамм

«Вечные двигатели — устройства, которые могут работать бесконечно долго без какого-либо внешнего источника энергии — захватили воображение многих изобретателей, потому что они могли полностью изменить наши отношения с энергией.

Есть только одна проблема: они не работают. Почему бы и нет? Нетта Шрамм описывает подводные камни вечных двигателей». Анимация TED-Ed.

План урока Почему вечные двигатели никогда не работают? – Netta Schramm