Человечество не одно столетие мечтало о создании устройства, которое бы никогда не прекращало свою работу – вечном двигателе. Множество ученых гнались за этой мечтой. Однако невозможность ее достижения стала со временем очевидна.
Экскурс в историю
Одна из самых давних попыток создать вечный двигатель относится к 12 веку. Бхаскар Второй – астроном и математик. Его исследования привели к изобретению колеса со спицами, наполненными ртутью. Конечно же, этот механизм не мог работать всегда. Но в то время он стал причиной развития науки.
Следующим выдающимся изобретением в 1604 году стал Пертпетуум мобиле. Его создателем был Корнелиус Дребль. Человек выдающегося ума, алхимик сделал нечто, поразившее современников. К сожалению, механизм Дребля не сохранился, как и стоящее его описание. Есть лишь некоторые письменные свидетельства его существования и картины Рубенса. Известно, что он напоминал хронометр, который ничем не нужно было приводить в движение. Дребль также известен как создатель подводной лодки.
Роберт Фладд в 17 веке также гнался за идеей вечного двигателя. Он изобрёл «водяной винт», который оказал немалую помощь фермерам. Принцип его действия состоял в движении колеса под воздействием . Это устройство было гениальным. Однако и оно не смогло решить поставленной задачи.
Иоганн Бесслер в 18 веке предпринял очередную попытку осуществить давнюю мечту человечества. Он создал колесо, основываясь на учениях Бхаскара Второго. И весьма преуспел. Колесо вращалось без остановки длительное время в строго охраняемой комнате. Пока он сам его не сломал под действием пристального к себе и своему детищу внимания. Бесслер был чудаком и никому не открыл секрета своего изобретения. И до сегодня ученые пытаются разгадать его загадку.
Было ещё множество ученых, которые гнались за призрачной идеей вечного двигателя. Однако Парижская академия наук в 1775 году решила не принимать больше проекты этого устройства, посколько невозможность его создания очевидна. Многие и сегодня пытаются запатентовать якобы вечно работающие механизмы. Однако научной новизны такие изобретения не представляют. А потому не принимаются.
Содействие развитию науки
Несмотря на многочисленные попытки создать всегда работающее устройство, ученые так и не смогли достичь результата. Но их поиски очень помогли в развитии науки. Таким образом на основании всех этих поисков были сформулированы законы физики равновесия сил на наклонной поверхности, сохранения энергии такими учёными как Симон Стевен и Джеймс Джоуль.
Над созданием Перпетуум мобиле работал также Леонардо да Винчи. Можно сказать, что некоторые его открытия являются побочным результатом от поисков вечного двигателя.
Типы вечного двигателя
Ученые, занимающиеся изобретением данного механизма, выделили два его типа. Вечный двигатель первого рода представляет собой устройство, которое работает без каких-либо энергетических ресурсов. Второго типа – запущенный в работу механизм, который использовал бы для работы тепло, полученное от окружающих тел. При углублении в термодинамику становится понятно, что существование ни первого, ни второго типов вечного двигателя невозможно. Первое и второе начало этой науки основаны на многочисленных экспериментах и доказывают невозможность существования первого и второго типов вечного двигателя соответственно.
И все-таки почему нет?
Так все же почему нельзя создать вечный двигатель? Даже не слишком разбираясь в физике можно сообразить, что вечный двигатель невозможен. Ведь для непрекращающейся работы без дополнительных ресурсов необходимо чтобы механизм сам вырабатывал энергию. Однако современная наука основываясь на законе сохранения энергии, гласит, что энергия всегда сохраняется. Она ни создаётся, ни разрушается. Она просто преобразуется из одного состояния в другое. Для постоянного осуществления движения энергия не должна никуда выделяться и быть постоянной. Это невозможно.
Если же всё-таки допустить существование вечного двигателя, то такой механизм должен соответствовать определенным критериям.
У него не должно быть соприкасающихся деталей. От их трения энергия будет теряться. Как известно, не существует идеально гладких поверхностей. То есть трение будет возникать в любом случае.
Механизму для работы нужен вакуум. То есть не должно быть . Поскольку потеря энергии осуществляется именно при трении двигающихся деталей и воздуха.
При работе механизм не должен производить звуков. Поскольку звук также передаёт энергию. То есть энергия при звуке работы двигателя будет утеряна. Работа без звука возможна в вакууме. Даже если создать механизм, удовлетворяющий этим требованиям, он не будет давать энергию. Он будет лишь сохранять ту, что потрачена на приведение его в действие. Об есть цель создания вечного двигателя не будет достигнута. Ведь двигатель нужен для приведения чего-либо в движение.
Продолжение попыток создания вечного двигателя
Несмотря на то, что уже много раз ученые в разное время объясняли почему нельзя создать вечный двигатель, многие не оставляют надежды изобрести совершенный механизм, который работал бы вечно. Основываясь на уже созданных устройствах, ученые стараются их усовершенствовать и получить желаемое. Кто-то пытается разгадать тайну колеса Бесслер, считая его вечным двигателем. Тем не менее до сих пор человечество не сумело осуществить давнюю мечту. Кроме того современные ученые признали это невозможным. Но поиски перпетуум мобиле не так уж и бесполезны. Поскольку на фоне их наука получила развитие.
Конструкции, представленные когда-либо как вечный двигатель немало помогли людям. Поэтому несмотря на невозможность создания такого механизма, его поиски представляют своего рода пользу для развития науки и человечества.
Могилевский М. Леонардо да Винчи и принцип невозможности вечного двигателя //Квант. - 1999. - № 5. - С. 14-18.
По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"
Представление о невозможности вечного двигателя является одним из самых важных положений физики, которые школа надежно вкладывает в учащихся. И у многих создается внутренняя убежденность, что тот, кто пытается построить вечный двигатель, - или неграмотный, или сумасшедший. При таком подходе мы незаслуженно принижаем роль в развитии науки и техники многих поколений средневековых ученых.
Между тем мотивы попыток построения вечного двигателя вполне понятны. Во-первых, создание эффективных и недорогих машин и источников энергии есть одна из важнейших задач общества. (Интересно отметить, что идей и попыток разработки вечного двигателя не было в Античном мире, несмотря на существование развитых научных школ. Причина проста: широкое использование дешевой рабочей силы - рабов.) Первые изобретения в этой области отмечаются в различных странах в XII - XIII веках в связи с потребностями ремесленного производства. Во-вторых, имеется очень сильный психологический фактор - тот, кому удастся решить эту проблему, облагодетельствует человечество, и его имя останется в веках. И наконец, в- третьих, каждый может наблюдать вечные, безостановочные движения в природе: движение Луны, планет, течение рек. Если такое движение имеет место в природе, неужели же человек с техническим опытом и научными знаниями не сможет создать искусственный, рукотворный вечный двигатель? Если твоя модель не работает, попытайся внести усовершенствования. Такие мысли, возможно, подвигали многих людей, связанных с наукой и техникой, к активным поискам конструкции вечного двигателя.
Предшественники
Считается, что первая схема вечного двигателя была предложена индийцем Бхаскара около 1150 года. Как показано на рисунке 1,а, устройство должно было представлять колесо с набором трубок с тяжелой жидкостью (ртутью), закрепленных под некоторым углом к радиусу. По мнению изобретателя, перетекание жидкости в трубках должно было создать несимметрию в распределении грузов, которая и обеспечивала бы вечное вращение. Известный французский архитектор и инженер Виллар д"Оннекур примерно через сто лет предложил аналогичную схему вечного двигателя, показанную на рисунке 1,б. Предполагалось, что нечетное число грузов на колесе обеспечит несимметрию и будет причиной вечного движения. По-видимому, попытки сделать двигатель именно в виде «вечного колеса» опирались на наиболее распространенный в средневековой Европе двигатель - водяное колесо. Одна из модификаций схемы (рис. 1,в) была предложена в 1438 году Мариано ди Жакопо из Сиены (город недалеко от Флоренции - родины Леонардо да Винчи).
Рис. 1. Различные схемы «вечного колеса»
Работа Леонардо над проблемой вечного двигателя
Было бы удивительно, если бы Леонардо да Винчи (1452 - 1519) оказался в стороне от такой важнейшей проблемы, как создание вечного двигателя. И он, неизменно добивавшийся успешного понимания практически любых явлений, за которые брался, действительно неоднократно обращался к ней. Сохранившиеся трактаты и записные книжки Леонардо позволяют увидеть последовательное нарастание уровня его проникновения в эту сложнейшую проблему.
Первый уровень - изучение известных или слегка измененных схем вечного двигателя типа колеса с грузами . Леонардо неоднократно бывал в крупнейших университетских центрах Италии - Болонье, Парме, Пизе, Риме, работал в библиотеках, активно общался с коллегами. Не исключено, что он изготавливал и исследовал модели различных известных двигателей. Однако ни один из них почему-то не работал. «Препятствия не могут согнуть меня. Любое препятствие вызывает усилие », - и Леонардо пошел дальше.
Второй уровень - существенные изменения в схеме колеса . Внутренняя убежденность в возможности разработки конструкции для получения вечного движения заставила Леонардо да Винчи попытаться добиться положительного результата посредством разумных существенных модификаций известных схем «вечного колеса». «Следы» таких попыток можно найти в его записях, из которых легко понять общую идею - добиться несимметрии вращающего момента с помощью введения дополнительного физического эффекта. Так, в схеме, изображенной на рисунке 2, нижняя часть колеса погружалась в воду, и выталкивающие силы, действующие на полые коробки, должны были бы создать дополнительные усилия, обеспечивающие вращение колеса.
Рис.2. Схема вечного двигателя с дополнительной несимметрией за счет выталкивающей силы
Третий уровень - разработка принципиально новых схем для получения вечного движения . На рисунке 3 показана страница из записной книжки Леонардо, датируемой 1487 годом, - здесь предложены модификации вечного двигателя с винтом Архимеда. Предполагалось, что вода будет подниматься первым винтом малого диаметра на некоторую высоту, сливаться в чашу, а затем возвращаться по второму винту (или вращая колесо, как показано на нижней схеме слева) на исходный уровень. Существенной особенностью этих модификаций двигателя является больший радиус возвращающего воду винта (что действительно должно было создать больший вращающий момент, чем на первом колесе, но отнюдь не большую работу за цикл). Комментарий к чертежу - «вода по винту... возвращается на первый винт и повторяет этот процесс неограниченно долго » - свидетельствует, что в то время Леонардо не сомневался в возможности осуществления вечного двигателя.
Рис.3. Схемы вечного двигателя на основе винта Архимеда
Четвертый уровень - анализ распределения нагрузок в схеме «вечного колеса» . Многочисленные неудачи в попытках получения вечного движения, несмотря на различные способы усовершенствования схемы, заставили Леонардо да Винчи остановиться и попытаться найти причину неудач. Трудность решения такой задачи современному читателю станет более ясной, если напомнить, что на рубеже XIV - XV веков еще даже не было таких физических понятий, как работа и энергия. И все же Леонардо смог показать, почему не может работать наиболее популярный вечный двигатель в виде колеса с несимметричным распределением грузов. В его записных книжках сохранились рисунки, свидетельствующие, что для анализа поведения колеса при повороте Леонардо внимательно изучил, как изменяется причина вращения - несимметрия распределения грузов относительно оси (т.е. вращающий момент) в более простых для анализа системах из небольшого числа грузов для разных вариантов колеса. В таких упрощенных схемах ученый смог заметить, что определяющим является не избыток числа грузов с одной стороны относительно оси, а их расстояние до оси, т.е. положение центра масс.
На рисунке 4 представлен знаменитый чертеж колеса с вычислениями положения центра масс. Здесь показано, что горизонтальная координата центра масс системы грузов совпадает с положением оси (справа от оси центр масс 4 грузов находится на расстоянии 7 интервалов, слева - центр масс 7 грузов на расстоянии 4 интервалов от оси). Следовательно, вместо ожидавшегося perpetuum mobile схема представляет собой perpetuum stabile .
Рис.4. Расчет положения центра масс колеса с откидывающимися грузами
Пятый уровень - заключение о невозможности вечного двигателя . Итак, Леонардо да Винчи в течение нескольких лет пытался создать непрерывно работающий двигатель, проводя существенные улучшения известных конструкций и изобретая принципиально новые схемы. Затем он детально разобрался во внутренних причинах, запрещающих работу наиболее типичного двигателя в форме колеса с откидывающимися грузами (возможно также и с некоторыми другими схемами с использованием воды). И вот теперь он, не считая более необходимым детально разбираться в причинах, мешающих работе других двигателей, формулирует в жесткой форме заключение о невозможности реализации непрерывного движения в схеме любого типа, т.е. впервые формулирует принцип невозможности создания вечного двигателя:
«Я пришел к выводу о невозможности нахождения непрерывного движения, а также вечного колеса. Поиск конструкции вечного колеса - источника вечного движения - можно назвать одним из наиболее бессмысленных заблуждений человека. В течение веков все, кто имел дело с гидравликой, военными машинами и прочим, тратили много времени и денег на поиски вечного двигателя. Но со всеми ними случалось то же, что с искателями золота <алхимиками>: всегда находилась какая-либо мелочь, которая мешала успеху. Моя небольшая работа принесет им пользу: им не придется больше спасаться бегством от королей и правителей, не выполнив обещания».
Далее следует довольно пространное упоминание о, по-видимому, хорошо известном в то время скандале, связанном с попыткой построить в Венеции установку, работающую на неподвижной воде. В комментарии по тому же поводу, написанном позднее сбоку мелким почерком, вода названа дословно «спокойной, на уровне моря ». В основном тексте и в других местах Леонардо употребляет образный термин «мертвая вода » («aqua morta »).
Запись о неработающем двигателе на «мертвой воде » неупомянутой схемы (поскольку теперь уже для Леонардо это не имеет значения) есть свидетельство его убежденности в общности сделанного вывода.
«Какая-либо мелочь (!)» - этими словами Леонардо да Винчи декларирует, что в любой известной схеме вечного двигателя и в любой схеме, которая может быть предложена в будущем, существуют некоторые внутренне присущие эффекты, накладывающие вето на вечный двигатель. На современном языке физики слова «какая-либо мелочь» могут означать разные виды неучтенных потерь или превращений энергии - таких, как тепловая энергия (нагревание, плавление, испарение), возбуждение механических и электромагнитных волн и т.п. вплоть до излучения нейтрино в ядерных процессах.
Комментарий 1
Как сам Леонардо оценивал значение вывода о невозможности вечного двигателяКарло Педретти - крупнейший специалист по работам Леонардо да Винчи - считает, что запись о невозможности построения вечного двигателя, находящаяся в составленном Леонардо Мадридском кодексе , датируется 1493 годом. К этому же времени относится заметка из другого сборника, аналогичная по силе утверждения, но с менее общим утверждением об обязательном присутствии эффектов, мешающих успеху:
«Какие бы грузы ни были приложены к колесу, когда они приведут к вращению, вне всякого сомнения центр тяжести окажется ниже оси вращения; и ни в каком инструменте, придуманном человеком для вращения, этот эффект не может быть устранен».
Применял ли Леонардо да Винчи сформулированный им важнейший закон природы - принцип невозможности вечного двигателя - в своих исследованиях? Многочисленные сохранившиеся записи позволяют дать утвердительный ответ:
«Невозможно, чтобы груз, который опускается, мог поднять в течение какого бы то ни было времени другой, ему равный, на ту высоту, с какой он ушел».
«Если колесо движет машину, невозможно ему приводить в движение две, не употребляя вдвое больше времени, то есть сделать столько же в час, сколько делает оно двумя машинами тоже в час. Таким образом, одно колесо может вращать бесконечное число машин, но в течение бесконечно долгого времени они сделают не более, чем одна в час».
Следует отметить также запись Леонардо о создании работающей модели вечного двигателя. Вернемся к рисунку 2, на котором показана схема с нижней частью колеса, погруженной в воду. Любопытен комментарий к этому рисунку: «сделай модель под большим секретом и широко объяви об ее демонстрации ». В чем же состоит секрет модели? Из последующих пояснений становится ясно, что поскольку «мертвая вод а» не может заставить машину работать, Леонардо намеревается организовать незаметный поток «живой воды » («aqua viva »), который закрутит колесо. На рисунке показан один из возможных вариантов секретного решения: наличие отверстия в стенке сосуда (справа). Осуществил ли Леонардо да Винчи этот замысел? Видимо, да, поскольку в круг служебных обязанностей Леонардо при княжеском дворе входила организация различных празднеств и развлечений, к тому же это соответствовало бы его репутации талантливого ученого и инженера. Но какова была цель демонстрации? Попытка показать свое всемогущество? Исключено, ему не нужна была мистическая поддержка репутации ученого. Но тогда остается лишь альтернативное объяснение: привлечение внимания к модели работающего вечного двигателя, а затем объяснение секрета и пропаганда крупного научного достижения - вывода о невозможности построения вечного двигателя.
Комментарий 2
ПоследователиИз ближайших после Леонардо да Винчи ученых, выступавших против возможности создания вечного двигателя, называют обычно итальянского математика и врача Джероламо Кардано (150А -1576), нидерландского математика и инженера Симона Стевина (1548-1620) и Галилео Галилея (1564-1642). Кардано заявил о невозможности сделать часы, которые заводились бы сами собою и сами поднимали бы гири, двигающие механизм. Стевин получил на основании аргумента о невозможности вечного двигателя условие равновесия тел на гладких наклонных плоскостях: тело удерживается в равновесии силой, которая действует в направлении наклонной плоскости и во столько раз меньше его веса, во сколько длина наклонной плоскости больше ее высоты. Галилео заявлял: «Машины не создают силу; они только ее превращают. Кто надеется на противоположное, тот ничего не понимает в механике».
Следует отметить существенное различие между отношением Леонардо да Винчи и его ближайших последователей к обсуждаемой проблеме. Леонардо пытается понять, почему двигатели различных систем не работают, утверждает неотвратимость существования каких-либо внутренне присущих и мешающих работе эффектов. Кардано, Стевин и Галилей используют принцип невозможности вечного двигателя, уже как твердо установленный закон природы, при анализе частных проблем.
Можно с достаточным основанием говорить о влиянии Леонардо да Винчи по крайней мере в отношении Кардано. Его дядя Фацио Кардано - миланский юрист и естествоиспытатель - был другом Леонардо и, конечно же, был информирован о важнейших результатах ученого. После смерти Леонардо его рукописи по завещанию перешли Франческо Мельци, который в 1523 году вернулся в Милан и посвятил долгие годы (умер Мельци около 1570 г.) систематизации работ учителя и, в частности, подготовил к печати Трактат о живописи. Джероламо Кардано сам мог изучать рукописи Леонардо да Винчи в собрании Мельци, тем более что среди них находились известные трактаты по анатомии и физиологии, представлявшие профессиональный интерес для врача Кардано.
В 1775 году Французская Академия приняла решение не рассматривать предложения вечных двигателей: «(1*) Построение вечного двигателя абсолютно невозможно: (2*) если даже трение и сопротивление среды не уменьшат длительность Бездействия действующей силы, она не сможет произвести равный эффект. Причина следующая: если мы хотим получить эффект конечной силы за бесконечное время, эффект должен быть бесконечно мал. Предположим, что тело, которому сообщили движение, при отсутствии трения и сопротивления способно сохранить это движение постоянно; но при этом не идет речь о других телах. Это вечное движение... было бы совершенно бесполезно по отношению к другим объектам, предлагаемым обычно творцами вечного движения... (3*) Такие работы слишком расточительны: они уже разрушили очень много семей. Часты случаи, когда механик, который мог бы занять достойное место, растрачивал на это свою славу, время и талант.
Таковы принципы, на которых основано решение Академии: постановляя, что она больше не будет заниматься этими вопросами, Академия заявляет о своем мнении об их бесполезности... (4*) Часто говорят, что, занимаясь химерическими проблемами, люди открывали полезные истины. Такая точка зрения была бы обоснована в те времена, когда метод поиска истины был неизвестен во всех областях. В настоящее время, когда он известен, наиболее верный способ поиска истины - искать ее».
Сравнение этого текста с приведенной выше формулировкой Леонардо принципа невозможности вечного двигателя позволяет отметить поразительную близость между ними по существу и порядку акцентов: сначала дается жесткая формулировка невозможности построения вечного двигателя (1*); затем (2*) - попытка «обоснования» (наличие в любой схеме какой-либо мелочи, т.е. каких-то потерь, - у Леонардо и более ограниченная по существу формулировка Академии, сводящая возможные потери лишь к трению и сопротивлению среды); и наконец, (3*) - тезис о незавидной судьбе изобретателей (не очень обязательный в научном документе) и (4*) - тезис о том, что верный путь поиска истины известен (кажется не очень убедительным).
Такое совпадение едва ли можно считать случайным. Французские академики, несомненно, имели возможность познакомиться с работами Леонардо да Винчи, которые ценились высоко и с начала XVII века уже имелись в крупных и вполне доступных библиотеках. Можно отметить, что через 20 лет после того решения Французской Академии, в 1795 году, когда Наполеон ненадолго стал королем Италии, 12 кодексов Леонардо были вывезены из Милана в Париж и лишь Атлантический кодекс был позднее, в 1815 году, возвращен в Миланскую библиотеку Амброзиана. Что касается Мадридского кодекса, он с начала XVIII века находился в дворцовой библиотеке Испанских королей, затем был утерян в 1830 году, т.е. значительно позже даты заседания Французской Академии, и вновь найден лишь через 135 лет. По-видимому, именно выпадением из поля зрения ученых Мадридского кодекса, с четкой формулировкой невозможности вечного двигателя, и доступностью лишь кратких заявлений, типа цитированных выше, объясняется недооценка роли Леонардо да Винчи в обосновании фундаментального закона природы - принципа сохранения энергии.
Этот раздел сайта будет посвящён Вечным двигателям. Правильнее будет сказать: Источникам дешёвой энергии. Почему дешёвой, а не бесплатной? Поясню: «Бесплатный сыр бывает только в мышеловке!». Это была шутка, а если серьёзно, то сначала проведём небольшой экскурс.
Начнём с того, что такое «Вечный двигатель», и как он (они) классифицируется?
Современная классификация вечных двигателей
На любом энциклопедическом сайте, например «Википедия», вы можете прочитать, что такое вечный двигатель:
Вечный двигатель первого рода - воображаемое устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.
Примеры вечных двигателей, использующих силу тяжести (гравитации) приведены ниже:
Принцип действия первого механического Perpetuum mobile (Ве́чный дви́гатель) индийского поэта, математика и астронома Бхаскары (примерно 1150 г.), 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».
Все эксперименты по созданию таких конструкций завершались успехом – конструкции получались, но, к нашему сожалению – никогда не вращались. Если Вы попытаетесь раскрутить такое устройство рукой, то оно остановится быстрее, чем простое колесо, с такой же массой. Сейчас в Интернете имеется куча видеороликов, в которых двигатель, изображённый на рисунке 2 и его модификации на рисунке 3, действительно вращается. Вы верите в эту чушь? Тогда закройте эту страницу, нет смысла читать её дальше! Смотрите дальше ролики, предназначенные для людей с толстой лобовой костью! Я не про то, что смотреть не надо, а про то, что верить надо не всему, что видишь! Зайдя на такой сайт, и просматривая ролики, Вы просто повышаете посещаемость сайта и тем самым даёте возможность заработать деньги их хозяину. Он ведь не указывает свой адрес и источник материала, изложенного на сайте. Даже если Вы ему напишете, задав вопрос, откуда материал, или, почему он Вас обманывает? Он Вам просто не ответит, в лучшем случае ответит так: «Не верите? Тогда не смотрите!» И это его право. Когда Вы смотрите фильм «Аватар», Вы же не спрашиваете: Это реальные события, или фантастика? Потому, что Вы сразу сами всё понимаете.
Для тех кто не видел подобных видео «работы» вечного двигателя, можете ознакомиться здесь и сейчас! 😉
Продолжим по теме:
Вечный двигатель второго рода - воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики. И первое, и второе начала термодинамики были введены как постулаты, после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у учёных не остается никаких сомнений в том, что данные постулаты верны и создание вечного двигателя невозможно.
Постулат Кельвина - невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счет охлаждения и теплового резервуара.
Постулат Клаузиуса - самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел, к более горячим невозможен.
Закон сохранения и превращения энергии.
Юлиус Роберт Майер — один из тех, кто своими исследованиями открыл новую, энергетическую эру, в возрасте десяти лет сконструировал свой первый и последний перпетуум мобиле. Мальчик построил небольшую «сухую» водяную мельницу с водяным колесом и архимедовым винтом для обратного перекачивания воды к лопастям водяного колеса. Быть может, именно неудача, постигшая его, как и всех остальных, дала будущему исследователю материал для размышлений. Майеру удалось сформулировать один из важнейших законов современной физики - закон сохранения энергии, согласно которому энергия в произвольной замкнутой системе при любых процессах, происходящих в системе, остается величиной постоянной и лишь переходит из одной формы в другую .
Независимо от Майера закон сохранения энергии был также установлен английским физиком Джеймсом Прескоттом Джоулем . Джоуль получил значение механического эквивалента тепла. Оказалось, что одной единице тепла - килокалории, определяемой, как количество тепла, необходимое для нагревания одного килограмма деаэрированной воды при нормальном атмосферном давлении от 14,5°С до 15,5°С, соответствует 4186,8 джоулей (418,7 кгм) механической работы.
Я не буду рассматривать варианты этих «аппаратов», если хотите, поищите сами в Интернете или библиотеке. У меня лично, они интереса не вызывают, потому что я верю в Закон сохранения энергии. Я, предлагаю Вам внимательнее присмотреться к тем «устройствам», которые направлены на извлечение реальной энергии из различного рода веществ и явлений природы, которые имеются в окружающей среде. Веществ, которые при определённых условиях, могут оказаться источниками дешёвой энергии.
Вещества, явления и устройства извлечения энергии из этих веществ и явлений:
1. Постоянные магниты и созданные на их основе магнитные двигатели;
2. Обыкновенная вода и устройства извлечения из воды водорода, как топлива;
3. Природные физические явления, из которых возможно извлечение энергии:
— электромагнитное поле Земли;
— электростатический заряд атмосферы Земли, ионизация;
— солнечный свет;
— температурный эффект нагревания днём и остывания ночью различных объёмных материалов (есть на нашей планете места, где суточная температура изменяется в огромных пределах).
Кто-то ещё хотел бы добавить, или спросить: А энергия бесконечного эфира? Если это спросили Вы, отвечу: Закройте эту страничку, и вообще не заходите в этот раздел сайта! Если Вы настолько невежественны, то читайте книжки Ганса Христиана Андерсена! Пока не научились извлекать энергию из придуманного ещё алхимиками средневековья «Эфира», даже вкладывая туда в сотню раз превосходящую энергию. О чём тогда с Вами говорить? Никто не представляет, что же это такое «Эфир»? Вы, как знаток невероятно правдивых историй Андерсена можете сказать: А опыты знаменитого учёного Теслы? Он же использовал энергию эфира! Отвечу: А ещё, он любил вышивать крестиком! Когда рыбачил, то глушил рыбу дубиной! А когда спал, то одеяло с него всё время падало потому, что он во сне парил в воздухе!
Не надо смешивать имя великого учёного с различного рода сказками! Откуда у Вас такая уверенность, что он использовал эфир, из статей в Рунете? Так Вам ещё не то напишут, лишь бы Вы пришли на сайт. Быть может, Вы насмотрелись фильмов о Николе Тесла? Смотрите на здоровье, но они имеют больше биографический и сенсационный характер, а не научный. Любой человек может предполагать и высказывать своё предположение. Предположить, а потом изложить своё видение на непонятные вещи можете и Вы и я, но если это не подкреплено научными объяснениями, или хотя бы конкретным практическим доказательством, то это называется простым словом – вымысел. Но если, своё предположение выдают за истину, это уже – обман, а те, кто «наматывает обман себе на уши» – невежественные люди.
Ну а теперь, вернёмся и рассмотрим вещества, явления и устройства извлечения энергии из этих веществ и явлений.
Электромагнитные двигатель — генераторы
Современные компактные и мощные постоянные магниты таят в себе значительную скрытую энергию магнитного поля. Уголь при сгорании выделяет 33 Дж на грамм, нефть, которая через 10-15 лет у нас начнет подходить к концу, выделяет 44 Дж на грамм, грамм урана дает 43 миллиарда Дж энергии. В постоянном магните теоретически содержится 17 миллиардов Дж энергии. Конечно, как и у обычных источников энергии, КПД магнита не будет стопроцентным, к тому же у ферритового магнита срок жизни около 70 лет, при условии, что на него не действуют сильные физические, температурные и магнитные нагрузки, впрочем, при таком количестве заключенной в нем энергии, это не так уж и важно. К тому же, есть еще уже серийные промышленные магниты из редких металлов, которые в десять раз сильнее ферритовых и соответственно эффективнее. Вопрос «откуда в постоянном магните столько энергии»- остается в науке пока открытым. Многие ученые считают, что энергия в постоянный магнит непрерывно поступает извне от эфира (физического вакуума). А иные исследователи утверждают, что она просто возникает в нем из-за намагниченного материала постоянного магнита. Пока ясности тут нет.
В мире есть уже много патентов и инженерных решений различных конструкций магнитных двигателей – но практически пока нет в показе таких действующих магнитных двигателей в режиме «вечных двигателей».
Некоторые известные магнитные двигатели
— Магнито – механические магнитные моторы Дудышева;
— Магнитный двигатель Калинина;
— Электромагнитный мотор «Перендев»;
— Двигатель магнитный Минато. На рисунке справа.
— Мотор Джонсона- аналог электромагнитного мотора «Перендев»;
— Магнитный мотор – генератор Шкондина;
— Магнитый Мотор –генератор Адамса.
Видеоролики с этим двигателем, в Интернете просто кишат. В ролике интересно демонстрируют его работу: Быстро вводят ротор в статор, тот резко начинает крутиться, а когда он начинает останавливаться, то так же быстро выводят. То есть сначала дают толчок и всё, Вы в состоянии удовольствия. А когда энергия толчка магнитным полем заканчивается и ротор реально останавливается сам по себе, то выводят ротор и он на глазах изумлённых наблюдателей действительно останавливается. Кто и кого обманывает? А ещё говорят, что этот двигатель наиболее перспективный.
Известны и другие МД, но они примерно таких, же принципов действия. Самый простой изображён на рисунках ниже.
Ощутимый реальный прогресс по МД наметился по малозатратным совмещенным магнито-электромагнитным двигателям с применением в них высокоэффективных постоянных магнитов – электромагнитные двигатели –генераторы (ЭМДГ) с электромагнитами и постоянными магнитами на статоре или роторе. Причем они уже реально существуют, непрерывно совершенствуются и даже некоторые из них уже серийно выпускаются. Некоторые простейшие конструкции совмещенных ЭМДГ даже уже дошли до серийного выпуска и массового внедрения. Это, например, серийные электромагнитные мотор-колеса Шкондина, применяемые на электровелосипедах.
Однако конструкции и энергетика всех известных ЭМДГ достаточно неэффективные, что не позволяет им работать в режиме «вечного двигателя» — без внешнего источника электроэнергии. И я хочу сделать вывод: Не бывает «Вечных» магнитных двигателей, бывают магнитные двигатели с высоким КПД (стремящимся к 100%).
Если я не прав и Вы можете мне доказать противоположное, пишите мне на почтовый ящик, только приложите доказательство, в противном случае я приму Ваше письмо как очередную сказку Ганса Христиана, а потом просто удалю, как мусор.
Многое из того, о чём я в этой статье написал имеется в бесконечном количестве копий на разных сайтах в Рунете. Так уж устроен Рунет, что многие наживаются на монтаже видеороликов, статьях с неправдоподобной информацией. Причём, не тратят на это никаких средств вообще. Лишь бы их материал был сенсационный. Легко найти два видеоролика, в которых на обычный щёточный двигатель постоянного тока, насаживают пластиковую крышку от пищевых продуктов, на которую приклеивают несколько маленьких постоянных магнитов. Маленькое отступление: щёточный двигатель постоянного тока способен работать в режиме генератора. Выводы двигателя подключают на лампочку или светодиод. Двигатель закрепляют на столе с помощью пластилина. И кульминация: К магнитам приближают другой постоянный магнит и «О ЧУДО!» — крышка начала вращать двигатель, а тот начал вырабатывать электроэнергию – лампочка загорелась. А теперь раскрою секрет вечной энергии: под столом такой же двигатель, запитанный от реальной батарейки, вращает такую же крышку, с такими же приклеенными к ней магнитами, только этого Вам не показывают. Если не верите, задайте себе вопрос: А почему эту конструкцию прицепляют на пластилин не горизонтально поверхности стола, а под наклоном? Не догадались? Да для того, чтобы уменьшить расстояние к магнитам, находящимся под столом. Чем меньше расстояние, тем лучше у факира удается фокус!
Я не очень силён в магнитных полях, и в своей деятельности не использую правил правой или левой руки, поэтому эта тема не для меня. Мало того, если бы я действительно увидел «реальную вещь», то я бы ночами бы грыз науку и экспериментировал. Но, увы, в области магнитных двигателей прогресс идёт только в сторону приближения КПД к 100%, абсолютно так же, как в других видах известных Вам и всему миру двигателей. Поэтому, это тема для спецов магнитных полей.
Меня особо интересуют:
1.Обыкновенная вода и устройства извлечения водорода из воды, как топлива для дальнейшего сжигания.
2. Природные физические явления и способы их использования в качестве источников энергии.
А начну я со способов извлечения энергии из обыкновенной воды разложением на водород и кислород , поскольку считаю это наиболее интересным и перспективным направлением исследований.
I. Для разложения воды на водород и кислород широко применяются электролизёрные установки . Одна из них представлена в разделе Практические схемы устройств под названием: Портативная электролизерная установка . Установка интересна тем, что её можно использовать в любительских условиях для мелких работ различной направленности. Так как электролизёры потребляют большое количество энергии, то использоваться они могут только стационарно. Кроме того, электролит в электролизёре под действием электрического тока нагревается, поэтому существует ограничение по времени непрерывного использования электролизёра, либо его конструкцию изготавливают таким образом, чтобы обеспечить отвод тепла в окружающее пространство. Недостаток указывает на то, что электролизёры имеют низкий КПД. «Штука» для хорошего мастера просто замечательная, но на звание «Источника дешёвой энергии» не претендует.
II. В средствах массовой информации недавно появилось понятие «топливная ячейка» . По своей сути топливная ячейка работает так же, как и электролизёр. Но существуют значительные различия. В состав топливных ячеек вводят специальные катализаторы, промежуточные слои, каналы вывода газов и другие доработки и ухищрения. В результате этого, такие топливные ячейки для газообразования требуют значительно меньший приложенный электрический ток, чем электролизёры. У таких ячеек большой КПД и на звание «Источника дешёвой энергии» они вполне могли бы претендовать, если бы не их дорогая себестоимость , в связи с тем, что в таких ячейках используются драгоценные и редкоземельные металлы. Сами ячейки не долговечны, и затраты на их изготовление в результате эксплуатации окупаются с великим трудом.
III. Периодически появляются статьи о выделении водорода из воды путём «электроосмоса» . Поясню, что это такое. Электроосмостические установки используют в строительстве, для быстрейшего затвердения бетона. Над поверхностью залитой бетоном устанавливают металлическую сетку, к которой подключается положительный высоковольтный провод. Отрицательный провод подключают к арматуре, залитой бетоном, который необходимо высушить. Таким образом, образуется высокопотенциальное электростатическое поле, которое позволяет ускорить процесс испарения воды с поверхности бетона, время затвердения последнего значительно уменьшается. Некоторые специалисты предполагают, что происходит не простое испарение молекул воды, а разложение молекул на атомы водорода и кислорода. Мало того, эти специалисты ещё на всякий случай патентуют свои соображения. А что? Вдруг они правы?! На создание высоковольтного электростатического поля большого тока не надо, а эффект может быть действительно значительным. Если мне нечем будет заняться, может быть, когда то этим займусь. Но не в «наше» время, наверное, это будет на пенсии.
IV. В Интернете есть статьи о приставке Бакаева . Говорят, он ставит эту приставку, где то в районе карбюратора двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Приставка создаёт огромное давление, сжимающее воду, при высвобождении последней, она просто «разлетается» на атомы водорода и кислорода, которые попадают в камеру сгорания двигателя. Пишут, что автомобиль едет на обыкновенной воде. Бакаев держит свою приставку в секрете, и устанавливает её только тем, кого он причисляет к достойным для этого людям. При этом, лет десять, ездит более тысячи его приставок, но почему то никто из авторитетных учёных, инженеров до сих пор не знает о том, как приставка Бакаева работает. Странно, этому Бакаеву давно наступили бы, куда надо авторитетные люди, и рассказали бы ему о мамке-Родине и других полезных для русского человека вещах. Я о поведении воды при сжатиях и разрежении ничего не знаю, поэтому считаю приставку Бакаева мифом, и как следствие не моим увлечением.
V. В Рунете есть ещё такой ролик: Сидят два мужика — научные сотрудники (с лицами не редко видавшими оборотистые напитки), и рассказывают о своих исследованиях с водой. В пластиковые бутылочки налита вода, они попили, сказали «О йя, йя! Настоящий, вкусный водичка!». После, из шприца добавили туда солярки, взболтали. Посидели, потрепались. Потом открыли бутылочку, макнули туда полоску бумаги, подожгли полоску. И «О ЧУДО!», бумажка быстро и ярко загорелась. Круто, у них горящая вода! На самом деле, Вы можете сделать то же самое, и у Вас тоже бумажка будет гореть. Вместо воды, Вы можете использовать даже продукты своей жизнедеятельности. Ведь пока они после взбалтывания бутылок сидели и трепались, солярка собралась плёнкой на поверхности бутылки. При опускании в бутылку бумажки, произошёл эффект смачивания, в ходе которого, солярка, обволакивая бумажку со всех сторон, не дала воде доступ к бумажке. Конечно, в небольшом количестве вода попала на бумажку, потому, что во время горения был слышен треск и шипение. Но этот ролик они могли снимать много раз, пока не получится то, что «не стыдно показать». Кроме того, ведь можно выбрать и тип бумаги, ведь у них у всех разная способность впитывания и смачивания – это принтерная бумага, или простая туалетная?
VI. Теперь дошли до самого, на мой взгляд, интересного. Читали Вы статью «Вода вместо бензина» ? Если нет, поясню: Речь идёт о Топливной ячейке Мэйера , собранной этим американским технарём у себя в гараже. Она при малом потреблении электрического тока производит огромное количество водорода. Если есть желание, можете найти об этом кучу материала в Интернете. Не путайте этого изобретателя 20-го столетия с Юлиусом Робертом Майером. Так вот, эта Ячейка Мэйера меня очень заинтересовала. Сначала я неделю её вдумчиво изучал, потом решив, что это очередной обман, я бросил это бесперспективное дело. Но это я только думал, что бросил. В голове всё равно крутились идеи. Сейчас я могу сказать, что У этой ячейки Мэйера есть перспективы, и её существование вполне реально! Об этом я изложу в следующих статьях.
Давно установлено, что изобретение вечного двигателя невозможно. В широком смысле, под вечным двигателем подразумевают механизм, безостановочно движущий сам себя. Но это далеко не достаточное определение. Благодаря многовековым бесплодным попыткам создания чудо-машины сегодня можно определить точно само понятие «вечного двигателя» и причины его неосуществимости. Более того, такие попытки оставили значительный след в истории и подтвердили существование важнейших законов физики. Каких, рассмотрим и проанализируем ниже.
Определение и классификация вечных двигателей
Итак, вечный двигатель, как уже известно - устройство воображаемое. По характеру совершаемой работы можно классифицировать следующим образом:
- Вечный двигатель первого рода (физический \ механический, гидравлический, магнитный) - непрерывно действующая машина, которая, будучи запущенной один раз, совершает работу без получения энергии извне. Это устройства механического характера, принцип действия которых основывается на использовании некоторых физических явлений, например, на действии силы тяжести, законе Архимеда, капиллярных явлениях в жидкостях.
- Вечный двигатель второго рода (естественный) - тепловая машина, которая в результате совершения цикла полностью преобразует тепло, получаемое от какого- либо одного «неисчерпаемого» источника (океана, атмосферы и т. п.), в работу. Связываются с циклически повторяющимися природными явлениями или с принципами небесной механики.
Такая классификация является распространенной и встречается в старой научной литературе. У более поздних исследователей существует еще одно определение. Оно исходит из представления об идеальной машине, работающей без потерь и превращающей всю сообщенную энергию в полезную работу или в какой-либо другой вид энергии.
К этим определениям ученые разных времен шли долгим путем. Они подвергали их обстоятельному анализу и были единодушны далеко не всегда. Проблема заключалась в том, можно ли считать вечным двигателем только ту машину, которая, будучи собрана полностью, немедленно начнет работать сама по тебе, или допустимо сообщить устройству начальный двигательный импульс. Спор велся и о том, относится ли к основным признакам вечного двигателя условие, чтобы он, будучи приведен в движение, одновременно совершал некоторую полезную работу.
Причины возникновения идеи создания
Первое упоминание о вечном двигателе относится к 1150 г. Но означает ли это, что античные механики не интересовались вечным движением? Наоборот, это являлось одной из тех традиционных проблем, которым в связи с исследованием физических явлений наука уделяла много внимания. Но при исследовании условий, определяющих круговое движение тел, греки пришли к выводам, теоретически исключающим всякую возможность существования на Земле искусственно созданного вечного движения. Например, Аристотель утверждал, что движение тел ускоряется по направлению к ее центру. О телах с действительно круговым движением он пишет: «Они не могут быть ни тяжелыми, ни легкими, так как не способны приближаться к центру или удаляться от него естественным или вынужденным образом». Такому условию удовлетворяют только небесные тела.
Но родоначальником идеи вечного двигателя считают индийского поэта, математика и астронома Бхаскара Ачарью (1114-1185), описавшего в своем стихотворении некое вечно двигающееся колесо. Заметим, что за основу взято тело круглой формы. Согласно древнеиндийской философии, регулярно повторяющиеся события, составляющие круговой цикл, являются для него символом вечности и совершенства. То есть прародители идеи вечного движения были мотивированы не практическими, а религиозными потребностями. Своего апогея идея вечного двигателя достигает в средние века в Европе, в период интенсивного строительства храмов, кафедральных соборов и княжеских дворцов, и тогда уже создателей, конечно, интересует практическое применение машины.
Некоторые модели вечных двигателей первого рода
Колесо с неуравновешенными грузами
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Вот модель вечного двигателя Бхаскары (Рис. №1) с прикрепленными наискось по внутренней стороне окружности длинными узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Бхаскара обосновывает вращение колеса следующим образом: «Наполненное так жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».
Еще две модели, аналогичные по принципу действия, изобретенные в средневековой Европе. Роль сосудов, частично наполненных ртутью, играют выпукловогнутые секторы внутри колеса, внутри которых находятся тяжелые шары (Рис. №2) или подвижно закрепленные на внешней части колеса стержни с грузами на концах (Рис. №3).
Принцип действия данных двигателей заключается в создании постоянного неравновесия сил тяжести на колесе, вследствие которого колесо должно вращаться. Рассмотрим, почему этот расчет не оправдывается на примере обычного колеса. Здесь предполагается, что работу совершает сила тяжести, то есть в нормальных условиях (при небольших расстояниях и вблизи поверхности Земли) она постоянна и направлена всегда в одну и ту же сторону.
Рисунок 4
F T - вес груза, F P - сила, с которой рычаг воздействует на шарнир (компенсируется силой реакции опоры), F B - поворачивающая сила, R - расстояние от шарнира (оси поворота) до траектории центра масс груза.
Когда рычаг стоит строго вертикально вверх, вес груза передается на шарнир и компенсируется реакцией опоры. Сила направлена по нормали к окружности, тангенциальная составляющая
отсутствует, значит, момент сил равен нулю. Это положение называется верхней мёртвой точкой (ВМТ). Если рычаг отклоняется, реакция опоры уже не компенсирует вес, появляется тангенциальная составляющая силы, а нормальная начинает уменьшаться. Так будет продолжаться только до тех пор, пока рычаг не примет горизонтальное положение. Когда момент сил достигнет максимального значения, рычаг снова начнет действовать на груз, нормальная сила поменяет свой знак относительно рычага. Тангенциальная сила начнёт уменьшаться, до момента, когда рычаг не окажется в положении вертикально вниз (нижняя мёртвая точка (НМТ)).
Таким образом, как видно из Рис. №4, половину рабочего цикла груз ускоряется, двигаясь из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ), и половину - замедляется. Сделав несколько оборотов, колесо с неуравновешенными грузами достигнет состояния равновесия.
Цепь на наклонной плоскости
Рисунок 5
Еще один тип механических вечных двигателей - тяжелая цепь, переброшенная более длинной стороной через систему блоков. Теоретически предполагалось, что часть, на которой находится большее количество звеньев, начнет соскальзывать с наклонной плоскости, вследствие чего замкнутая цепь будет беспрерывно двигаться. Однако известно, что цепь будет покоиться. Этот тип двигателей интересен в первую очередь тем, что из невозможности его вечного движения инженер, механик и математик Симон Стевин (1548-1620) доказал закон равновесия тела на наклонной плоскости. Одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз большая грань (АВ на Рис.№5) призмы длиннее короткой (ВС на Рис.№5). Отсюда следует, что два связанных груза уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если их массы пропорциональны длинам этих плоскостей.
Похожий по принципу механизм (Рис. №6): тяжелая цепь перекинута через колеса так, что правая ее половина всегда длиннее левой. Следовательно, она должна падать вниз, приводя цепь во вращение. Но цепь в левой части натянута отвесно, а правая - под некоторым углом и изогнуто. Аналогично вечное движение и этого механизма невозможно.
Рисунок 6
Гидравлический вечный двигатель с винтом Архимеда
В подавляющем большинстве вечных гидравлических двигателей изобретатели пытались использовать известный со времен Древней Греции механизм - винт Архимеда - полую трубку со спиралевидной плоскостью внутри, предназначенную для подъема воды из сосуда в сосуд наибольшей высоты.
Рисунок 7
Жидкость из сосуда, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, оттуда другими фитилями еще выше, верхний сосуд имеет желоб для стока, которое падает на лопатки колеса, приводя его во вращение. Оказавшаяся в нижнем ярусе жидкость снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя, стекающая по желобу на колесо, не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении (Рис. №7).
Только колесо этой машины никогда не станет вращаться, поскольку в верхнем сосуде не окажется воды. Это произойдет потому, что капиллярные силы вызванные искривлением поверхности жидкости, хотя и позволяют преодолеть силу тяжести, поднимая жидкость в ткани фитиля, но они и удерживают ее в порах ткани, не позволяя ей вытечь из них.
Сосуд Денни Папена
Рисунок 8
Проект гидравлического вечного двигателя Денни Папена - сосуд, сужающийся в трубку и загнутый таким образом, что свободный конец трубки с меньшим радиусом расположен в пределах большого «горла» сосуда (Рис. №8). Автор предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, в более узкой части. Таким образом, должна была происходить циркуляция жидкости за счет разности давлений. На самом деле в данном случае работает основной закон гидростатики: давление, оказываемое на жидкость, передается без изменения по всем направлениям. Поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в сосуде, как в любых сообщающихся сосудах.
Ранее это двигателя были предложены похожие сосуды, иначе ориентированные в пространстве. В них за основу брался принцип действия сифона: в нем (в изогнутой трубке с коленами разной длины, по которой жидкость поступает из сосуда с более высоким в сосуд с более низким уровнем жидкости) работа, затрачиваемая на подъем жидкости, производится атмосферным давлением. В то же время, чтобы жидкость могла протекать через сифон, максимальная высота его изгиба не должна превосходить высоту столба жидкости, уравновешиваемого давлением внешнего воздуха. Для воды эта высота при нормальном барометрическом давлении составляет примерно 10 м. - этот факт не учитывался и приводил к неверным выводам о вечном движении такого двигателя.
Другие гидравлические двигатели
Рисунок 9
Среди множества проектов вечного двигателя было немало основанных на законе Архимеда. Один из таких проектов выглядит следующим образом: высокий сосуд (20 м), наполненный водой, имеет расположенные на одной грани в разных ее концах шкивы, через которые перекинут прочный бесконечный канат с четырнадцатью закрепленными полыми ящиками кубической формы. Ящики одинаковы, равноудалены, водонепроницаемы и имеют стороны в 1 м (Рис. №9).
Действительно, ящики, находящиеся в воде, будут стремиться всплыть вверх. На них действует сила, равная весу воды, вытесняемой ящиками.
Но даже при условии, что данный канат бесконечен, эффект не оправдывается, потому что чтобы канат вращался, ящики должны входить в сосуд именно со дна, а для этого они должны преодолеть давление столба воды, которое окажется значительно больше силы Архимеда.
Рисунок 10
Упрощенный вариант вечного двигателя гидравлического типа (Рис.№10), идея которого исходит из грубого нарушения толкования закона Архимеда. Погруженная в воду часть деревянного барабана, согласно закону Архимеда, подвергается действию выталкивающей силы. Конечно, колесо вращаться не будет, потому что сила будет направлена не вверх (как предполагалось изобретателем), а к центру колеса.
Магнитный вечный двигатель
Рисунок 11
Несложная, но оригинальная модель вечного двигателя с магнитами. К шаровому магниту, расположенному на стойке, ведут два наклонных желоба: один прямой, установленный выше, другой изогнутый (Рис. №11). Железный шарик, помещенный на верхний желоб, будет притягиваться магнитом, затем на пути он попадет в отверстие, скатится по нижнему желобу и снова перейдет на верхний желоб.
Однако, если магнит достаточно силен, чтобы притянуть шарик от нижней точки, то он не даст ему провалиться через отверстие, расположенное совсем рядом. Если же, наоборот, сила притяжения будет недостаточна, то шарик не притянется вовсе.
Вечный двигатель первого рода в противоречии с законом сохранения энергии
Окончательное утверждение закона сохранения энергии в 40-70 годы XIX века произошло на основе работ Сади Карно, Роберта Майера, Джеймса Джоуля и Германа Гельмгольца, которые показали связь между различными формами энергии (механической, тепловой, электрической и др.). Закон сохранения энергии формулируется в следующем виде: в изолированной системе энергия может переходить из одной формы в другую, но общее количество ее остается постоянным.
Как правило, невозможность вечного двигателя рассматривают как следствие закона сохранения энергии. Рассуждения Майера и опыты Джоуля доказали эквивалентность механической работы и теплоты, показав, что количество выделяемой теплоты равно совершенной работе и наоборот, формулировку же в точных терминах закону сохранению энергии первым дал Гельмгольц. В отличие от своих предшественников, он связывал закон сохранения энергии с невозможностью существования вечных двигателей. Принцип невозможности вечного двигателя был положен Майером и Гельмгольцем в основу анализа различных превращений энергии. Макс Планк в работе «Принцип сохранения энергии» сделал специальный акцент на эквивалентности (а не причинно-следственной связи) принципа невозможности вечного двигателя и принципа сохранения энергии.
В термодинамике исторически закон сохранения формулируется в виде первого начала термодинамики: изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил над системой и количества теплоты, переданного системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход, т. е. Q = ΔU + A. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.
Вечные двигатели второго рода
Классический вечный двигатель второго рода предусматривает возможность накопления тепла за счет работы, затраты которой меньше полученного тепла, и использования части этого тепла для повторного совершения работы в новом цикле. Таким образом, должен образоваться избыток работы. Другой вариант этого двигателя подразумевает упорядочение хаотического теплового движения молекул, в результате чего возникает направленное движение вещества, сопровождаемое понижением его термодинамической температуры. Широко известных проектов таких двигателей изобретено не так много, как, например, двигателей первого рода, и информация о них не достаточна для описания. Подавляющее большинство идей таких машин являются абсурдными и противоречивыми, либо относятся к классу мнимых вечных двигателей (по сути, не являются вечными), обладают низким КПД.
Сформулированное Рудольфом Клаузиусом второе начало термодинамики однозначно утверждает: невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Что также означает, что в замкнутой системе энтропия при любом реальном процессе либо возрастает, либо остается неизменной (т. е. ΔS ≥ 0). Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.
Возможность использования энергии теплового движения частиц тела (теплового резервуара) для получения механической работы (без изменения состояния других тел) означала бы возможность реализации вечного двигателя второго рода, работа которого не противоречила бы закону сохранения энергии. Например, работа двигателя корабля за счет охлаждения воды океана (доступного и практически неисчерпаемого резервуара внутренней энергии) не противоречит закону сохранения энергии, но если, кроме охлаждения воды, нигде других изменений нет, то работа такого двигателя противоречит второму началу термодинамики. В реальном тепловом двигателе процесс превращения теплоты в работу сопряжен с передачей определенного количества теплоты внешней среде. В результате тепловой резервуар двигателя охлаждается, а более холодная внешняя среда нагревается, что находится в согласии со вторым началом термодинамики.
Мнимый вечный двигатель
Рисунок 12
В 60-х гг. XX в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно пьющая птичка» или «птичка Хоттабыча». Тонкая стеклянная колба с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую емкость. Свободным концом колбочка почти касается ее дна. В колбе находится определенное количество эфира (в нижней части), верхняя пустая часть колбы обклеена снаружи тонким слоем ваты. Перед игрушкой ставят сосуд с водой и наклоняют ее, заставляя «попить» (Рис.№12). Затем механизм работает самостоятельно: несколько раз в минуту наклоняется к сосуду с водой, пока вода не кончится.
Механизм такого явления понятен: жидкость в нижней полости испаряется под влиянием комнатного тепла, давление растет и вытесняет жидкость в трубочку. Верхняя часть конструкции перевешивает, наклоняется, пар перемещается в верхний шарик. Давление выравнивается, жидкость возвращается в нижний объем, который перевешивает и возвращает «птичку» в первоначальное положение.
На первый взгляд здесь нарушается второе начало термодинамики: перепад температур отсутствует, машина только забирает тепло из воздуха. Но когда колба достигает сосуда с водой, вода из мокрой ваты интенсивно испаряется, охлаждая верхний шарик. Возникает разность температур верхнего и нижнего сосудов, за счёт которой и происходит движение. Если испарение прекратится (высохнет вата или влажность воздуха достигнет точки росы, то есть температуры, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу), машина в полном согласии со вторым началом термодинамики перестанет двигаться. Мощность такого двигателя очень низка из-за незначительной разности температур и давлений, при котором «птичка» работает.
Вечные двигатели как коммерческие проекты
Вечные двигатели, с древнейших времен окутанные тайной изобретения и действия, несомненно, создавались не только для использования в практическом плане. Во все времена были мошенники и фантазеры, намеревавшиеся извлечь не только энергию большую, чем 100%.
Одна из самых известных «афер века» - вечный двигатель Иоганна Бесслера (1680-1745).
Рисунок 13
Рисунок 14
Под псевдонимом Орфиреус этот саксонский инженер 17 ноября 1717 года в присутствии известных физиков продемонстрировал машину с диаметром вала больше 3,5 м. Двигатель пустили в ход и заперли в комнате, а проверив через полтора месяца, убедились, что колесо двигателя вращается с прежней скоростью.
Когда то же самое произошло еще через два месяца, слава Бесслера прогремела по всей Европе. Изобретатель соглашался продать машину Петру I , но этого не произошло. Однако это не помешало жить Бесслеру безбедно на средства, полученные путем демонстрации двигателя. Двигатель представляет собой большое колесо, вращающееся и поднимающее при этом тяжелый груз на значительную высоту (Рис. №13).
Изобретение вызвало множество споров и нерешенных вопросов. Самый главный из них - принцип действия - не был известен широкой публике. Поэтому недоверчивые скептики заключили, что секрет заключается в том, что искусно спрятанный человек тянет за веревку, намотанную, незаметно для наблюдателя, на скрытой части оси колеса. И их ожидания оправдались: вскоре служанка Бесслера раскрыла тайну:
двигатель действительно работал только с помощью третьих лиц (Рис. №14).
Еще один известный случай использования вечного двигателя «не по назначению»: в одном из городов с целью привлечения клиентов у одного кафе было установлено «вечно» вращающееся колесо, которое, конечно, запускалось с помощью механизма.
Некоторые разработчики идей вечных двигателей в хронологическом порядке:
- Бхаскара Ачарья (1114-1185), поэт, астроном, математик.
- Виллар де Оннекур (XIII век), архитектор.
- Николай Кузанский (1401-1464), философ, теолог, церковно-политический деятель.
- Франческо ди Джорджо (1439-1501), художник, скульптор, архитектор, изобретатель, военный инженер.
- Леонардо да Винчи (1452-1519), художник, скульптор, архитектор, математик, физик, анатом, естествоиспытатель.
- Джамбаттиста Порта (1538 - 1615), философ, оптик, астролог, математик, метеоролог.
- Корнелиус Дреббель (1572 - 1633), физик, изобретатель.
- Атанасиус Кирхер (1602-1680), физик, лингвист, теолог, математик.
- Джон Уилкинс (1614-1672), философ, лингвист.
- Денни Папен (1647-1712), математик, физик, изобретатель.
- Иоганн Бесслер (1680-1745), инженер-механик, врач, мошенник.
- Дэвид Брюстер (1781-1868), физик.
- Вильгельм Фридрих Оствальд (1853-1932), физик, химик, философ-идеалист.
- Виктор Шаубергер (1885-1958), изобретатель.
Заключение
В 1775 году Французская Академия приняла решение не рассматривать предложения вечных двигателей, выдвинув окончательный вердикт: построение вечного двигателя абсолютно невозможно. За всю историю вечного двигателя было изобретено более 600 проектов, причем большинство из них пришлось на время, когда стали известны законы термодинамики и сохранения энергии.
Конечно, усилия многочисленных создателей вечных двигателей не пропали даром. Пытаясь сконструировать невозможное, они нашли немало любопытных технических решений, придумали механизмы и устройства, которые до сих пор применяются в машиностроении. В бесплодных поисках вечного движения родились основы инженерной науки и подтвердились законы, отрицающие его существование.
Первый закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя первого рода
Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии применительно к тепловым процессам. Этот закон утверждает невозможность создания вечного двигателя первого рода, который бы производил работу без подведения энергии. Этот закон утверждает, что тепловая энергия, подведенная к замкнутой системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и работу, производимую против внешних сил.
Согласно первому закону термодинамики, могут протекать только такие процессы, при которых полная энергия системы остается постоянной. Например, превращение тепловой энергии полностью в механическую не связано с нарушением первого закона термодинамики, но тем не менее оно невозможно. Второй закон термодинамики еще больше ограничивает возможности процессов превращения.
Второй закон термодинамики утверждает, что не может быть создан вечный двигатель второго рода, который бы производил работу за счет тепла окружающей среды, без каких-либо изменений в окружающих телах. То есть в природе не может быть процессов, единственным результатом которых было бы превращение теплоты в работу. Этот закон утверждает, что во всех явлениях природы теплота сама переходит от более нагретых тел к менее нагретым. Если система замкнута и невозможны никакие ее самопроизвольные превращения, то энтропия достигает максимума. Состояние с наибольшей энтропией соответствует статическому равновесию. Энтропия является мерой вероятности осуществления данного термодинамического состояния или мерой отклонения системы от статического равновесия.
Второй закон термодинамики можно сформулировать как закон, согласно которому энтропия теплоизолированной системы будет увеличиваться при необратимых процессах или оставаться постоянной, если процессы обратимы. Это положение касается только изолированных систем.
Второй закон термодинамики говорит о том, что в замкнутой системе при отсутствии каких-либо процессов не может сама по себе возникнуть разность температур, т.е. теплота не может самопроизвольно перейти от более холодных частей к более горячим.
Согласно второму закону термодинамики, любые замкнутые системы должны перейти в более вероятное состояние, характеризуемое термодинамическим равновесием с наименьшей свободной энергией и с наибольшей величиной энтропии. Поэтому явление спонтанного (самопроизвольного) перехода вещества из симметричного состояния в асимметричное, сопровождаемое повышением упорядоченности и энергетического уровня системы и понижением ее энтропии, кажется просто нереальным. Однако трудности термодинамического характера в вопросе происхождения жизни до сих пор не определены. Решения пока нет.
ПРИНЦИП МИНИМУМА ДИССИПАЦИИ ЭНЕРГИИ
В мировом процессе развития принцип минимума диссипации энергии играет особую роль. Суть его: если допустимо не единственное состояние системы, а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и принципами, а также связями, наложенными на систему, то реализуется то состояние, которому соответствует минимальное рассеивание энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии («рыба ищет, где глубже, а человек – где лучше»).
Принцип минимума диссипации энергии является частным случаем более общего принципа «экономии энтропии». В природе все время возникают структуры, в которых энтропия не только не растет, но и локально уменьшается. Этим свойством обладают многие открытые системы, в том числе и живые, где за счет притока извне вещества и энергии возникают так называемые квазистационарные (стабильные) состояния.
Таким образом, если в данных конкретных условиях возможны несколько типов организации материи, согласующихся с другими принципами отбора, то реализуется та структура, которой соответствует минимальный рост энтропии. Так как убывание энтропии возможно только за счет поглощения внешней энергии, то реализуются те из возможных форм организации материи, которые способны в максимальной форме поглощать энергию.
Область применения принципа минимума диссипации энергии непрерывно расширяется. На протяжении всей истории человечества стремление овладеть источниками энергии и вещества было одним из важнейших стимулов развития и устремления человеческих интересов И поэтому всегда было источником разнообразных конфликтов.
По мере развертывания научно-технического прогресса, истощения природных ресурсов возникает тенденция к экономному расходованию этих ресурсов, возникновению безотходных технологий, развитию производства, требующего небольших энергозатрат и материалов.
Если говорить об иерархии принципов отбора, то он играет роль как бы завершающего, замыкающего принципа: когда другие принципы не выделяют единственного устойчивого состояния, а определяют целое их множество, то этот принцип служит дополнительным принципом отбора. Проблема экономии энтропии, этой меры разрушения организации и необратимого рассеяния энергии, решается в мире живой природы. Существует теорема о минимуме воспроизводства энтропии, которая утверждает, что производство энтропии системой, находящейся в стационарном состоянии, достаточно близком к равновесному состоянию, минимально. Этот принцип можно рассматривать в качестве универсального. В живом веществе он проявляется не как закон, а как тенденция. В живой природе противоречие между тенденцией к локальной стабильности и стремлением в максимальной степени использовать внешнюю энергию и материю является одним из важнейших факторов создания новых форм организации материального мира.
