Гидравлический вечный двигатель February 14th, 2017
В 1685 г. в одном из выпусков лондонского научного журнала «Философские труды» был опубликован предложенный французом Дени Папеном проект гидравлического перпетуум мобиле, принцип действия которого должен был опровергнуть известный парадокс гидростатики. Как видно из изображенного на рисунке, это устройство состояло из сосуда, сужавшегося в трубку в форме буквы C, которая загибалась кверху и своим открытым концом нависала над краем сосуда.
Автор проекта предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда обязательно будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, т.е. в более узкой его части. Это означало, что жидкость своей тяжестью должна была бы выдавливать саму себя из сосуда в трубку, по которой ей вновь приходилось бы возвращаться в сосуд, — тем самым достигалась требуемая непрерывная циркуляция воды в сосуде.
Как вы предположите, почему на видео "вечный двигатель" работает?
К сожалению, Папен не осознавал того, что решающим фактором в данном случае является не разное количество (а с ним и различный вес жидкости в широкой и узкой частях сосуда), а прежде всего свойство, присущее всем без исключения сообщающимся сосудам: давление жидкости в самом сосуде и изогнутой трубке всегда будет одинаковым. Гидростатический парадокс как раз и объясняется особенностями этого по существу своему именно гидростатического давления.
Называемый иначе парадоксом Паскаля, он утверждает, что суммарное давление, т.е. сила, с которой жидкость давит на горизонтальное дно сосуда, определяется только весом столба жидкости, находящейся над ним, и совершенно не зависит от формы сосуда (например, от того, сужаются или расширяются его стенки) и, следовательно, от количества жидкости.
Жертвами подобных заблуждений были иногда даже люди, работавшие на самом переднем крае современной им науки и техники. Примером может служить сам Дени Папин (1647-1714 гг.) — изобретатель не только «папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а главное — первых паровых машин с цилиндром и поршнем. Папин даже установил зависимость давления пара от температуры и показал, как получать на ее основе и вакуум, и повышенное давление. Он был учеником Гюйгенса, переписывался с Лейбницем и другими крупными учеными своего времени, состоял членом английского Королевского общества и Академии наук в Неаполе. И вот такой человек, который по праву считается крупным физиком и одним из основоположников современной теплоэнергетики (как создатель парового двигателя), работает и над вечным двигателем! Мало этого, он предлагает такой вечный двигатель, ошибочность принципа которого была совершенно очевидна и современной ему науке. Он публикует этот проект в журнале «Философские труды» (Лондон, 1685 г.).
Рис. 1.. Модель гидравлического вечного двигателя Д. Папина
Идея вечного двигателя Папина очень проста — это по существу перевернутая «вверх ногами» труба Зонки (рис. 1). Поскольку в широкой части сосуда вес воды больше, его сила должна превосходить силу веса узкого столба воды в тонкой трубе С. Поэтому вода будет постоянно сливаться из конца тонкой трубки в широкий сосуд. Остается только подставить под струю водяное колесо и вечный двигатель готов!
Очевидно, что на самом деле так не получится; поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в толстой, как в любых сообщающихся сосудах (как в правой части рис. 1.).
Судьба этой идеи Папина была той же, что и других вариантов гидравлических вечных двигателей. Автор к ней больше никогда не возвращался, занявшись более полезным делом — паровой машиной.
История с изобретением Д. Папином наталкивает на вопрос, постоянно возникающий при изучении истории вечных двигателей: чем объяснить поразительную слепоту и странный образ действий многих весьма образованных и, главное, талантливых людей, возникающие каждый раз, как только дело касается изобретения вечного двигателя?
Мы вернемся к этому вопросу в дальнейшем. Если же продолжить разговор о Папине, то непонятно и другое. Мало того, что он не учитывает уже известные законы гидравлики. Ведь в это время он был на должности «временного куратора опытов» при Лондонском королевском обществе. Папин мог при своих экспериментальных навыках легко проверить предложенную им идею вечного двигателя (так же, как он проверял другие свои предложения). Такой эксперимент легко поставить за полчаса, даже не располагая возможностями «куратора опытов». Он этого не сделал и почему-то отправил статью в журнал, ничего не проверив. Парадокс: выдающийся ученый-экспериментатор и теоретик публикует проект, противоречащий уже утвердившейся теории и не проверенный экспериментально!
В дальнейшем было предложено еще много гидравлических вечных двигателей и с другими способами подъема воды, в частности капиллярных и фитильных (что, собственно, одно и то же) [. В них предлагалось жидкость (воду или масло) поднимать из нижнего сосуда в верхний по смачиваемому капилляру или фитилю. Действительно, поднять жидкость на определенную высоту таким путем можно, но те же силы поверхностного натяжения, которые обусловили подъем, не дадут жидкости стекать с фитиля (или капилляра) в верхний сосуд.
А что же происходит на видео?
Когда в воронку наливается жидкость, то по закону сообщающихся сосудов, уровни должны быть одинаковые, а она в трубку вытекает с большим запаздыванием, стало быть под деревянным штативом находится ещё сосуд из которого вода перекачивается, так как она остановится на середине и не потечёт.Это гидравлический перпетуум мобиле средних веков, в который заложена ошибка, как якобы больший вес воронки вытеснит воду из трубки, но это не так. Любой диаметр трубки и любая форма не имеют значения, уровни просто уровняются
Казалось бы, топливо из воды и больше ничего - что может быть проще и в то же время гениальнее? Внешняя энергия нужна только для начала рабочего цикла двигателя: некая сила воздействует на молекулы воды так, что они распадаются на два атома водорода и один атом кислорода каждая. Потом водород, как нас учили, с лающим звуком сгорает в кислороде. Как итог - образуется вода. Часть энергии идет на то, чтобы толкать поршни двигателя, а часть - на новую реакцию. Получилась бы идеальная машина: окружающую среду не загрязняет, да и воды ей требуется не так и много.
Однако физики по отношению к таким изобретениям настроены весьма скептически: сама идея вечного двигателя противоречит второму началу термодинамики. Напомним: «Невозможен самопроизвольный переход тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому». В применении к нашему гипотетическому топливу из H 2 O можно его переформулировать так: на расщепление воды уйдет больше энергии, чем получится в результате сгорания водорода.
Тем не менее, изобретатели уверены, что где-то здесь закралась ошибка. И есть способ расщепить воду с наименьшими затратами энергии.
1. Самая конспирологическая модель
Некоторые утверждают, что американский изобретатель Стэн Майер (на фото) изобрел свой водный двигатель еще в конце прошлого века. И даже успел получить на него патент. Но негодяи из топливных корпораций (или из Мирового правительства - кому как больше нравится) погубили механика-самоучку, чтобы его изобретение никогда не вышло в массы. В марте 1998 года изобретатель поужинал в ресторане, дошел до парковки и умер в своей машине. Ему было всего 48 лет. Предположительная причина смерти - отравление, а по официальной версии - аневризма сосудов головного мозга.
Итак, двигатель мистера Майера был устроен следующим образом. Главное в устройстве - некий «водный топливный элемент». Именно в нем вода с помощью электролиза распадается на водород и кислород, образуя так называемый гремучий газ, HOH (гидроксид водорода).
Именно эту штуку Майер установил в двигатель багги, заменив также свечи зажигания на специальные инжекторы, впрыскивающие гремучий газ в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Машинку изобретатель собрал еще в 1990 году и продемонстрировал ее корреспонденту телеканала штата Огайо. По его словам, всего 83 литров воды было бы достаточно для того, чтобы совершить путешествие из Нью-Йорка в Лос-Анджелес. А это, ни много, ни мало, почти пять тысяч километров.
История изобретения довольно печальна. Стэн продал патент на багги двум инвесторам за 25 тысяч долларов. А в 1996 году, после того, как багги исследовали именитые эксперты из Лондонского университета Куин Мэри и Королевской инженерной академии наук Великобритании, суд признал его виновным в подлоге и обязал его вернуть деньги инвесторам.
2. Воздух и вода
В 2008 году мир потрясла очередная новость о двигателе, работающем лишь на воздухе и воде. На этот раз добрая весть прилетела из Японии: корпорация Genepax заявила, что для работы их двигателя требуется только вода и воздух. Как и в версии Стэна Майера, двигатель внутреннего сгорания от Genepax работает на водороде, который выделяется из воды. А вся соль устройства - в особой конструкции электродов, которые, собственно, и расщепляют воду на водород и кислород. Это изобретение японцы назвали MEA - Membrane Electrode Assembly (мембранное электродное устройство).
Работает оно так: гидрид металла взаимодействует с водой, а в результате получается водород. Правда, с помощью нового устройства эта реакция длится дольше - пока работает двигатель. А значит, нет нужды в особом баке для перевозки крайне взрывоопасного водорода. Как утверждают представители компании Genepax, для реакции нужны катализаторы - например, платина.
В последнее время о водном двигателе ничего не слышно - то ли революционности в открытии никакого нет, то ли ресурсодобывающие компании не дают уникальному автомобилю стать массовым.
3. Пакистан избавляет себя - и весь мир заодно - от топливного кризиса
Именно с таким посылом правительство мусульманского государства, обделенного ресурсами, решило вложиться в работу одного инженера, который заявил о создании уникального водного двигателя. Агха Вакар Ахмад создал специальное устройство, которое методом электролиза расщепляет воду на водород и кислород и может быть установлено на любой двигатель внутреннего сгорания. Что, кстати, и было продемонстрировано пакистанским ученым и экспертам из министерства энергетики.
Изобретение пакистанского механика не снимет ваш автомобиль с углеводородной иглы полностью. Тем не менее, после подключения его к стандартным цилиндрам бензинового или дизельного двигателя у автомобиля резко снижается расход топлива. И само топливо сгорает практически полностью - а значит, уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу.
Разработки водно-бензинового двигателя сейчас пока продолжаются. В обстановке полной секретности, разумеется.
Человеческая натура такова, что испокон веков люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Впоследствии этому устройству дали определение Perpetuum Mobile или . Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, как путем усовершенствования уже имеющихся моделей, так и пытаясь создать что-то принципиально новое. В конце концов разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное.
Колесо Бхаскара и подобные проекты вечных двигателей
Доподлинно неизвестно, кто и когда первый попытался создать вечный двигатель, но первое упоминание о нем в рукописях датируется XII веком. Рукописи принадлежат индийскому математику Бхаскаре. В них в стихотворной форме описывается некое колесо, с прикрепленными к нему по периметру трубками, наполовину заполненными ртутью. Считалось, что за счет перетекания жидкости, колесо будет само по себе вращаться бесконечно. Примерно на том же принципе было сделано еще несколько попыток создать вечный двигатель. Как обычно, безуспешно.
Модели, построенные по принципу колеса Бхаскара
Вечный двигатель из цепочки поплавков
Другой прототип вечного двигателя основывается на использовании закона Архимеда. В теории считалось, что цепь, состоящая из полых резервуаров, за счет выталкивающей силы станет вращаться. Не было учтено лишь одно – давление водяного столба на самый нижний бак будет компенсировать выталкивающую силу.
Вечный двигатель, работающий по закону Архимеда
Еще одним изобретателем вечного двигателя является нидерландский математик Симон Стевин. По его теории цепочка из 14 шаров, перекинутая через треугольную призму, должна прийти в движение, потому что с левой стороны шаров в два раза больше, чем с правой, а нижние шары уравновешивают друг друга. Но и тут коварные законы физики помешали планам изобретателя. Несмотря на то, что четыре шара в два раза тяжелее, чем два, они катятся по более пологой поверхности, следовательно, сила тяжести, действующая на шары справа, уравновешивается силой тяжести, действующей на шары слева, и система остается в равновесии.
Модель вечного двигателя Стевина и его реализация с цепью
Вечный двигатель на постоянных магнитах
С появлением постоянных (и особенно неодимовых) магнитов, изобретатели вечных двигателей вновь активизировались. Существует множество вариаций электрогенераторов на основе магнитов, а один из первых их изобретателей, Майкл Брэди, в 90-х годах прошлого века даже запатентовал эту идею.
Майкл Брэди работает над вечным двигателем на постоянных магнитах в 2002 году
А на видео ниже представлена довольно простая конструкция, которую каждый может сделать у себя дома (если наберете достаточное количество магнитов). Неизвестно, насколько долго будет крутится эта штука, но даже если не учитывать потери энергии от трения, этот двигатель можно считать лишь условно вечным, потому что мощность магнитов со временем ослабевает. Но все равно, зрелище завораживает.
Конечно, мы рассказали далеко не о всех вариантах вечных двигателей, потому что людская фантазия, если и не бесконечна, то весьма изобретательна. Однако все существующие модели вечных двигателей объединяет одно – они не вечны. Именно поэтому Парижская академия наук с 1775 года решила не рассматривать проекты вечных двигателей, а Патентное ведомство США не выдает подобные патенты уже более ста лет. И все же в Международной патентной классификации до сих пор остаются разделы для некоторых разновидностей вечных двигателей. Но это касается лишь новизны конструкторских решений.
Подводя итог, можно сказать лишь одно: несмотря на то, что до сих пор считается, что создание действительно вечного двигателя невозможно, никто не запрещает стараться, изобретать и верить в неосуществимое.
- 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 .
Вечный двигатель уже многие века не дает покоя ученым и инженерам. Еще бы, идея создать устройство, которое будет постоянно работать, не тратя при этом энергии, кажется очень заманчивой. Реально ли его создать, рассказывают ученые.
Что такое вечный двигатель?
Вечный двигатель или Perpetuum Mobile - это устройство воображаемое. Некоторые считают, что теоретически можно создать машину, которая будет бесконечно совершать работу без затрат каких-либо энергетических ресурсов. В то же время, постепенно ученые разочаровывались в этой идее и признавали, что от попыток создать такое устройство лучше отказаться, потому что они бессмысленны. Невозможность создать вечный двигатель постулируется как первое начало термодинамики. Но до сих пор идея вечного двигателя вызывает повышенный интерес.
Идеальный вечный двигатель должен проработать до окончания Большой заморозки (Big Freeze). Сторонники этой теории считают, что до скончания времени Вселенная будет расширяться с очень плавным ускорением. Этот процесс и называется Большой заморозкой, и когда он завершится, наступит конец всего. Когда это произойдет, точно не установлено, но у нас есть еще приблизительно 100 триллионов лет. Так вот, вечный двигатель должен работать как минимум столько же, чтобы считаться настоящим вечным двигателем.
Какими бывают вечные двигатели?
Perpetuum Mobile делятся на двигатели первого рода и второго рода. Двигатели первого рода могли бы функционировать без топлива — и вообще без энергетических затрат, которые возникают, например, при трении деталей механизма друг о друга. Двигатели второго рода могли бы извлекать тепло из более холодных окружающих тел и использовать эту энергию в работе.
Есть много проектов в Интернете, которые утверждают, что работают над конструкцией вечного двигателя. Однако если изучить эти проекты внимательно, становится понятно, что они все очень далеки от идеи вечного двигателя. Но если кому-то удастся сделать такое устройство, последствия будут ошеломляющими. Считается, что мы получим вечный источник энергии - бесплатной энергии.
К сожалению, согласно фундаментальным законам физики нашей Вселенной, создание вечного двигателя невозможно.
Почему создание вечного двигателя невозможно?
Вероятно, есть много людей, которые скажут «никогда не говори «никогда», особенно, если речь идет о науке». В какой-то степени это справедливо. Но если окажется, что вечный двигатель создать возможно, это перевернет физику, которую мы знаем. Окажется, что мы во всем были неправы и ни одно из наших предыдущих наблюдений не имеет никакого смысла.
Первый закон термодинамики -- закон сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может быть ни создана, ни уничтожена - она просто переходит из одной формы в другую. Для того, чтобы держать механизм в постоянном движении, приложенная энергия должна остаться в этом механизме без каких-либо потерь. Ровно поэтому создание вечного двигателя невозможно.
Для того, чтобы построить вечный двигатель первого рода, мы должны выполнить несколько условий:
- У машины не должно быть никаких «трущихся» частей, любые движущиеся части не должны касаться других частей, так как иначе между ними возникнет трение. Это трение в конечном счете приведет к тому, что машина начнет терять энергию. При соприкосновении частей возникает тепло, и именно это тепло и есть энергия, потерянная машиной. Вы скажете, что тогда нужно сделать устройство с гладкой поверхностью, чтобы не возникало трение. Но это невозможно, так как не бывает совершенно гладких объектов.
- Машина должна работать в вакууме, без воздуха. Это исходит из первого условия. Эксплуатация машины в любом месте заставит ее терять энергию из-за трения между движущимися частями и воздуха. Хотя потери энергии из-за трения воздуха очень малы, для вечного двигателя это серьезная проблема. Если есть хотя бы минимальные потери энергии, машина начнет останавливается и в конце концов остановится совсем из-за этих потерь, даже если это займет очень много времени.
- Машина не должна издавать никаких звуков. Звук также форма энергии, и если машина издает любой звук, это означает, что она также теряет энергию.
Двигатели второго рода, которые используют теплоту окружающих тел, не противоречат закону сохранения энергии. Однако эти хитрые конструкции бессильны против второго начала термодинамики: в замкнутой системе самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к горячим невозможен. Для этого необходим некий посредник. А для работы посредника необходима энергия из внешнего источника. Кроме того, в природе не существует по-настоящему обратимы
Но самое главное, создание вечного двигателя может оказаться бессмысленным. Люди рассчитывают, что если такое устройство будет сделано, мы получим бесплатный источник энергии. Но так ли это? На самом деле, мы получим ровно столько энергии, сколько направим в этот двигатель. Мы ведь помним, что согласно законам физики, которые пока не опровергнуты, энергия не может быть создана из ничего, она может быть только преобразована. Так что, выходит, вечный двигатель - это бесполезное устройство.
