Почему вечный двигатель невозможен. Почему невозможно создать вечный двигатель Как называется вечный двигатель
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.
Согласно историческим записям, первым человеком, предложившим построить подобную машину был ученый, живший в 12 веке. Именно в это время начались Крестовые походы европейцев на Святую Землю. Развитие ремесла, хозяйства и техники потребовало разработки новых источников энергии. Популярность идеи вечного двигателя стала стремительно расти. Ученые пытались построить его, но их попытки не увенчались успехом.
Еще более популярной эта идея стала в 15-16 веках с развитием мануфактурного производства. Проекты вечного двигателя предлагались всеми, кому не лень: от простых ремесленников, мечтавших наладить свою небольшую фабрику, до крупных ученых. Леонардо да Винчи, Галилео Галилей и другие великие исследователи после многочисленных попыток создать вечный двигатель пришли к общему мнению, что это в принципе невозможно.
К такому же мнению пришли ученые, жившие в 19 веке. Среди них был Герман Гельмгольц и Джеймс Джоуль. Они независимо друг от друга сформулировали закон сохранения энергии, характеризующий протекание всех процессов во Вселенной.
Вечный двигатель первого рода
Из этого фундаментального закона следует невозможность создания вечного двигателя первого рода. Закон сохранения энергии гласит, что энергия ниоткуда не появляется и никуда бесследно не исчезает, а лишь принимает новые для себя формы.
Вечный двигатель первого рода - воображаемая система, способна совершать работу (т.е. производить энергию) неограниченное время без доступа энергии извне. Реальная подобная система может совершать работу только засчет своей внутренней энергии. Но эта работа будет ограничена, так как запасы внутренней энергии системы не бесконечны.
Тепловой двигатель для производства энергии должен выполнять определенный цикл, а значит - каждый раз возвращаться в начальное состояние. Первое начало термодинамики гласит, что двигатель для совершения работы должен получать энергию извне. Вот почему невозможно построить вечный двигатель первого рода.
Вечный двигатель второго рода
Принцип работы вечного двигателя второго рода заключался в следующем: отнимать у океана энергию, понижая при этом его температуру. Это не противоречит закону сохранения энергии, но построение такого двигателя также невозможно.
Все дело в том, что это противоречит второму началу термодинамики. Оно заключается в том, что энергия от более холодного тела не может передаваться более горячему в общем случае. Вероятность такого события стремится к нулю, так как оно нерационально.
Вечный двигатель
Известные «изобретатели» вечных двигателей
Проект вечного двигателя Орфиреуса
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 / Пер. с чеш. И. Е. Зино; Предисл. А. Т. Григорьяна.. - М .: Мир , 1984. - 256 с. - (В мире науки и техники). - 100 000 экз.
- 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
См. также
Литература
- // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
Ссылки
|
|||||||||||||||||
| См. также: Вечный двигатель Мотор-редуктор Резиномотор | |||||||||||||||||
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :- Энцефалография
- Теорема Нётер
Смотреть что такое "Вечный двигатель" в других словарях:
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Современная энциклопедия
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - (лат. perpetuum mobile перпетуум мобиле) 1) вечный двигатель 1 го рода воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Вечный двигатель 1 го рода противоречит закону… … Большой Энциклопедический словарь
Вечный двигатель - (перпетуум мобиле), 1) вечный двигатель 1 го рода воображаемая непрерывно действующая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время без получения энергии извне. Вечный двигатель 1 го рода противоречит… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
вечный двигатель - перпетуум мобиле Словарь русских синонимов. вечный двигатель сущ., кол во синонимов: 1 перпетуум мобиле (4) Словарь синонимов ASIS … Словарь синонимов
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, существует две теоретические формы вечного двигателя. В первой механизм работает бесконечно без притока ЭНЕРГИИ извне. Однако этот вид машины противоречит первому закону ТЕРМОДИНАМИКИ о сохранении энергии. Во второй модели… … Научно-технический энциклопедический словарь
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - (перпетуум мобиле) (лат. perpetuum mobile, букв. вечно движущееся), воображаемый двигатель, к рый, будучи раз пущен в ход, совершал бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергию извне (так называемый В. д. 1 го рода). Идея В. д. 1 го … Физическая энциклопедия
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - (перпетуум мобиле) гипотетический двигатель, который якобы может производить полезную работу, не заимствуя энергии извне. В д. любого рода неосуществим … Большая политехническая энциклопедия
вечный двигатель - (лат. perpetuum mobile перпетуум мобиле), 1) вечный двигатель 1 го рода воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Вечный двигатель 1 го рода противоречит закону … Энциклопедический словарь
Вечный двигатель - перпетуум мобиле (лат. perpetuum mobile, буквально вечное движение), воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. В. д. противоречит закону сохранения и … Большая советская энциклопедия
вечный двигатель
- amžinasis variklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. perpetual motion machine; perpetuum mobile vok. Perpetuum mobile rus. вечный двигатель, m pranc. moteur à mouvement perpétuel, m; moteur perpétuel, m … Fizikos terminų žodynas
Подробнее
Природная тепловая энергия накрепко отгорожена от практики нерушимым Законом сохранения энергии и пресловутыми Первым и Вторым началами термодинамики. Не буду затрагивать, Ломоносовское толкование, Закона сохранения энергии и материи: кстати, первое в мире: Оно гласит: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что если что-то к чему-либо присовокупиться, то столько же где-то убавиться ». Проще говоря, что положишь, то и возьмешь. И никакой прибавки! Это святое. А вот истинность Начал вызывает сомнения. Почему осмелился обозвать их пресловутыми? «Второе начало термодинамики» Рудольф Клаузиус , будучи последователем Сади Карно, сформулировал в 1850 году, когда современная физика была в зачаточном состоянии, и многие открытия еще впереди.
Однако второе Начало сразу стало классикой. Клаузиус исходит из того, что энергия преобразуется из одного вида в другой, с потерями, и, в конце концов, остаток тепла, безвозвратно рассеивается в окружающем пространстве. «Еще страшней, еще чуднее» : по его утверждению тепло нельзя преобразовать в механическую работу с коэффициентом близким к единице, и следовательно «Невозможен процесс, единственным результатом которого явилась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему». Более того, Клаузиус, вообще наложил «вето» на вечный двигатель. Не подвиг ли его на это кощунство Аристотель ? За несколько сотен лет до нашей эры он пришел к заключению, что «Непрерывное движение можно допустить только у небесных светил, а в подлунном мире оно немыслимо» .
perpetual motion machine (с англ.- вечный двигатель)
Постулаты второго Начала поддержал великий ученый Уильям Томсон (лорд Кельвин). По его мнению «Невозможно производство работы за счет охлаждения и израсходования всей внутренней энергии системы. Заметим, что во всех случаях подразумевается закрытая изолированная система без теплообмена с окружающей средой. Но мы-то существуем в системе открытой, где запасы энергии неисчерпаемы. И почему обязательно надо использовать всю энергию? На первый случай, хватит даже малой ее толики. Сложнее не считаться с отрицанием возможности самопроизвольного перехода теплоты от тел более холодных к телам более нагретым. А, ведь именно, отсюда автоматически проистекает запрет на создание теплового вечного двигателя. Когда была создана статистическая термодинамика, основанная на молекулярных представлениях, во второе Начало внесли поправку. Оказывается «Переход тепла от холодного тела к более горячему в принципе возможен, но это уничтожающе маловероятное событие.
А в природе реализуются наиболее вероятные события ». Что в лоб, что по лбу! Как бы в подтверждение этого тезиса пока никому не удалось сделать так, чтобы энергия от более холодного тела перешла к более горячему. А ведь вечному двигателю необходимо, чтобы при этом он еще совершал работу. Не сочтите это заявление «Наполеоновским». Но осмелюсь предположить, что мне это удалось. Свой первый вечный двигатель, естественно, неработоспособный, придумал еще в 1934 году, когда учился в 6 классе украинской школы в г. Прилуки. Вернулся к этому увлечению через полсотни лет, при несколько необычных обстоятельствах. В августе 1986 г. проректор Университета Дружбы народов им. Патриса Лумумбы В. Шкадиков предложил мне провести изобретательский семинар с группой студентов. Но между мной и десятком «добровольцев» — выходцев из стран Африки оказалось трудно преодолимое препятствие – полное языковое непонимание. А переводчица была далека от техники, и ни в чем помочь не могла. Но общение состоялось.
В виде разминки я предложил молодым людям создать увлажнитель воздуха. Эта тема их заинтересовала. Конечно, мы побывали в нескольких магазинах бытовой техники, посмотрели увлажнители самых разных типов.Все они были с электроприводом. Изобретать на этой основе неинтересно. А что, если использовать идею Иоганна Сигнера , предложил я. Он создал первую в мире гидравлическую турбину — Сегнерово колесо . Оно расположено в горизонтальной плоскости, а вместо спиц — трубки с изогнутыми концами. Вытекающая из них жидкость обладает реактивной силой и приводит колесо во вращение. Но в нашем случае это был бы не увлажнитель, а «затопитель» помещения.
Мы же решили создать увлажнитель воздуха испарительного типа. Такого в магазинах мы не нашли. Устроили нечто, вроде соревнования идей. Самым простым и основополагающим было предложение сохранить колесо, но повернуть его на 90 градусов и «посадить» на горизонтальную ось. Колесо выполнить из отдельных сектров, как в древнеиндийском вечном двигателе . Таким образом, испаряющая поверхность оказалась в вертикальной плоскости. Другими деталями увлажнитель обрастал, как снежная баба»: трубки заменили изолированными друг от друга секторами. Обтянули их хлопчатобумажной тканью, и вместо изогнутых колен приладили к секторам отростки. Еще раз все обсудили, сделали чертежи и изготовили модель.
В таком «звании» 1 октября 1988 года его внесли в Государственный реестр изобретений под номером 1455040. Конструктивно двигатель не сложный: на горизонтальной оси вращается диск – ротор, состоящий из 6 изолированных друг от друга секторов, обтянутых хлопчатобумажной тканью.По мере насыщения влагой самого нижнего сектора, равновесие ротора нарушается, и в силу дисбаланса система приходит во вращение. На смену выходящему из воды сектору приходит соседний, и вращение становится непрерывным. Таким образом, двигатель напрямую преобразует тепло окружающего воздуха в механическую работу. Иными словами происходит самопроизвольная концентрация тепловой энергии рассеянной в окружающей среде. Правда, в силу своей недостаточной компетентности, я не могу обосновать принцип действия двигателя: С одной стороны поверхность ротора испаряет влагу, а посему охлаждается. Окружающий воздух, имея более высокую температуру, вправе на «законном» основании передавать тепло ротору. Это ясно, как Божий день. Но, с другой стороны, отдавая тепло, охлаждается и сам воздух.
Следовательно, отдавать тепло охлажденному ротору не имеет права. Явное противоречие. Как его разрешить? Автору этих строк — корреспонденту журнала «Изобретатель и рационализатор » посчастливилось общаться с Павлом Кондратьевичем Ощепковым , выдающимся ученым, и замечательным человеком.
Позволю себе вкратце рассказать об одной из встреч с Павлом Кондратьевичем, оставившей заметный след в моем сердце и в памяти. Где-то в конце 80-х годов прошлого века я как-то осмелился привезти к нему и показать в действии свой «вечный» (тепловой) двигатель. Павел Кондратьевич не счел его образцом типичной энергетической инверсии, ибо переход тепловой энергии в нем происходит при относительном равенстве теплового состояния окружающего воздуха и ротора двигателя. Однако, отметил: «Сам пример концентрации рассеянной энергии небезынтересен».
Всю свою жизнь, за исключением многих лет незаслуженных тюрем и лагерей, он посвятил становлению и изучению энергетической инверсии (концентрация и практическое использование рассеянной энергии природы),Ощепков также изобрел и довел до практики новое направление в науке и технике — интроскопию (внутривидение) и, главное, придумал, разработал и практически осуществил радиолокацию (системы и устройства для обнаружения удаленных объектов, в том числе самолетов) . Это одно из величайших изобретений современности, признанное во всем мире.
Его электровизоры выпускали серийно и они были приняты на вооружение в Красной Армии. В самом начале Великой Отечественной войны, точнее 21 июля 1941 года в 17.00 войска Противовоздушной обороны посредством устройств, изобретенных Ощепковым, на расстоянии 200 км от Москвы обнаружили в воздухе две сотни фашистских самолетов. По расчетам педантичных немецких вояк, эта армада должна была уничтожить город даже не до руин, а до пепла Помпеи. Ведь Москва в то время занимала небольшую территорию и вмещалась в пределы кольцевой железной дороги.
Предупрежденные защитники столицы успели привести в боевую готовность зенитную артиллерию, в воздух поднялись истребители, и в воздушном сражении потеряв два десятка самолетов, фашисты позорно повернули вспять. Столица и ее жители были спасены от неминуемой катастрофы. Не буду скрывать и скажу заранее: Основная цель этой публикации – инициировать представление П. К. Ощепкова на Нобелевскую премию (посмертно) . Он это заслужил. К сожалению, через несколько лет, в 1992 году Павел Кондратьевич неласковый к нему мир, покинул. Вечная ему память! Но вернемся к началу нашего разговора. Беседовать об изобретениях и не коснуться вечного двигателя столь же нелепо, как вести свадьбу без музыки. Хотя бы потому, что изобретатели вечного двигателя были, по существу первыми энергетиками, на столетия опередившими официальную науку, если не в знании, то в поиске новых источников энергии. Вечный двигатель, вот уже восемь столетий – неизлечимая болезнь и пугало всего человечества.
Гипотетически можно вообразить, что человечество разделилось на три «ордена» – те, которые, хоть единожды в жизни удивились проявлению мощных сил природы и задумались об их практическом использовании. Те, кто, пытался вечный двигатель построить, и, наконец, те, кто этому посвятил всю сознательную жизнь или немалую её часть. К счастью таких больных меньшинство. Но во все времена и народы рядом с создателями венного двигателя всегда были соглядатели и надзиратели, прямо или косвенно порицавшие и даже преследовавшие за это занятие. Отрицатели вечного двигателя активны и агрессивны. Они, есть и сейчас — и в чиновничьей среде, и в науке. И, что особенно опасно, они проникли в систему образования, И также порицают и препятствуют.
Причем это чудище, как выразился в свое время Василий Тредиаковский , «обло, озорно, огромно, стозевно и лайяй ». Беда еще в том, что классическая термодинамика объективна и основана на нерушимых законах природы. Её постулаты изложены в университетских учебниках исповедуются официальной наукой. Это непреложная истина, которую оспорить невозможно. Однако можно и нужно изменить ее понимание, трактовку и внести некоторые коррективы. Особенно в части вечного двигателя. Речь, конечно о тех, которые основаны на использовании энергии природы. Однако, этого ограничения придерживались далеко не все строители вечного двигателя. Вот уже восемь столетий это неизлечимая болезнь и пугало всего человечества.
Гипотетически всех обитателей планеты можно разделилось на три «ордена» Одни, хоть единожды в жизни удивились проявлению мощной дармовой природной энергии, происхождение которой не всегда очевидно. И подумали: «Бери — не хочу!». Независимо от результата, всегда, отрицательного, эта работа не была бесполезной. не будем забывать, что создатели вечного двигателя, по-существу были первыми энергетиками, на столетия опередившими официальную науку, если не в знании, то в поиске новых источников энергии.
Через эту школу изощренной мысли, виртуозного мастерства и самозабвенного труда прошли не только люди малообразованные и случайные. Попытки создания вечного двигателя не минули Леонардо да Винчи, Исаака Ньютона, Ивана Кулибина, Константина Циолковского и многих других великих и не столь заметных личностей. Их наследие бесценно и может служить наглядным примером сотворения конструкций принцип действия, которых применим и сейчас в самых разных областях техники. Причем, обратим внимание, многие «перпетомобилисты» вошли в историю техники, как создатели оригинальных и полезных машин и механизмов.
Надо ли говорить, что это не случайно, а в связи… Уместно сослаться на любопытное признание Леонардо да Винчи : «Как жаль, что умные люди тратят столько хороших сил на такие пустые попытки! Мне удалось создать свои машины только потому, что я понял безнадежность идеи вечного движения «. Как известно, в рукописях великого энциклопедиста немало непонятных недосказанных мыслей. Попробуем вникнуть в смысл последней фразы. Нет ли в ней особого подтекста? Не намекает ли да Винчи, что именно это увлечение способствовало успехам в его многообразном техническом творчестве? Дело в том, что построение вечного двигателя осуществимого или фантастического «невозможного» неизбежно связано со знанием техники, умением конструировать, способностью мысленно строить модели, и как бы «залезать в их нутро, чтобы виртуально «обкатывать» в действии.
Чертежи вечного двигателя Леонардо да Винчи
Это может быть присуще интеллектуальному человеку изначально или приобретается начинающему по ходу создания вечного двигателя. Я уверен, что тот, кто предпринимал попытки создать вечный двигатель, с большей вероятностью станет настоящим инженером, конструктором, изобретателем, чем тот, кто этим никогда не увлекался. Даже конструирование простых механизмов и, тем более, комбинирование их в более сложные — само по себе, невозможно без элементарных знаний механики и законов природы. Кроме того, это занятие развивает творческие способности, умение создавать в уме различные устройства и переносить их на бумагу или на другой носитель информации в понятном для других виде. Мораль «сей басни» такова: Давайте откроем дорогу вечному двигателю.Предоставим молодежи возможности для его создания, создателям. Будем в этом помогать и поощрять.
Может быть, даже включим в школьную программу «по физике» свободный соревновательный урок по этой тематике. Ну, хотя бы один раз в неделю или раз в месяц. Многосторонний положительный эффект от этого несомненно будет. «Это вы, батенька, хватили через край », скажет иной чиновник от образования. «Кому нужен вечный двигатель в нынешнее кризисное и хлопотное время ». А, вот и нужен, и полезен! В-первых, экономически, ибо он может послужить реальным техническим средством модернизации экономики и овладения энергией природы. И, что гораздо значимее – это действенный повод и стимул политехнического образования молодежи и воспитания инновационного мышления и действия.
А вы что думаете по этому поводу?
Written by
Василий
Художник, архитектор сознания, мыслитель постигающий новые горизонты информационного пространства
В продолжение нашего курса «Физика для чайников» начнем рассматривать основы такого важнейшего раздела как термодинамика .
Активное развитие термодинамики началось в девятнадцатом веке. Именно тогда люди начали строить первые паровые машины, а потом активно внедрять их в производство. Началась промышленная революция, и, естественно, всем хотелось увеличить коэффициент полезного действия машин, чтобы произвести больше продукции, доехать подальше и в конце-концов получить больше денег. Все это очень хорошо стимулировало развитие науки и наоборот. Но давайте ближе к сути вопроса.
Термодинамика – раздел физики, изучающий макроскопические системы, их наиболее общие свойства, способы передачи и превращения энергии в таких системах.
Что такое макроскопические системы? Это системы, состоящие из очень большого числа частиц. Например, баллон с газом или воздушный шар. Описание таких систем методами классической механики просто невозможно – ведь мы не можем измерить скорость, энергию и другие параметры каждой молекулы газа в отдельности. Тем не менее, поведение всей совокупности частиц подчиняется статистическим закономерностям. По сути любой видимый нами (невооруженным глазом) предмет может быть определен как термодинамическая система.
– реально или мысленно выделяемая макроскопическая физическая система, состоящая из большого числа частиц, не требующая для своего описания привлечения микроскопических характеристик отдельных частиц. Соответственно, для описания термодинамической системы используются макроскопические параметры, не относящиеся к каждой частице, но описывающие систему целиком. Это температура, давление, объем, масса системы и проч.
Важно отметить, что термодинамические системы могут быть замкнутыми и незамкнутыми . Замкнутая система – это такая система, которую при помощи реальной или воображаемой оболочки оградили от окружающей среды, при этом количество частиц в системе остается постоянным.
Система может находится в разных состояниях. Например, мы взяли баллон с газом и начали его нагревать. Тем самым мы изменили энергию молекул газа, они стали двигаться быстрее, и система перешла в какое-то новое состояние с более высокой температурой. Но что будет, если систему оставить в покое? Тогда система через какое-то время придет в состояние термодинамического равновесия .
Что это значит?
Термодинамическое равновесие – это состояние системы, в котором ее макроскопические параметры (температура, объем и др.) остаются неизменными с течением времени.
Термодинамика стоит на трех своих столпах. Существуют три основных постулата или три закона термодинамики. Они называются соответственно первым, вторым и третьим началами термодинамики. Рассмотрим первое начало или первый закон термодинамики.
Первое начало термодинамики
Первое начало термодинамики гласит:
В любой изолированной системе запас энергии остается постоянным.
К слову, у данного постулата есть еще несколько эквивалентных формулировок. Приведем их ниже:
Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение внутренней энергии системы, а также на совершение работы против внешних сил.
Невозможен вечный двигатель первого рода (двигатель, совершающий работу без затраты энергии).
Запишем также математическое выражение первого начала термодинамики:
Здесь Q - количество теплоты, дельта U - изменение внутренней энергии, A - работа против внешних сил. Для различных термодинамических процессов в силу их особенностей запись первого начала будет выглядеть по-разному.
Почему невозможен вечный двигатель первого рода?
Людей издревле привлекала ее величество Халява. Философский камень, превращающий любой металл в золото, скатерть самобранка, с которой не нужно готовить, джин, исполняющий любые желания. Еще одной такой идеей была идея вечного двигателя.
Вечный двигатель невозможен, потому что так устроен мир . Об этом говорят нам законы термодинамики. Согласно первому началу термодинамики, количество теплоты, полученное системой, идет на изменение внутренней энергии системы, а также на совершение работы против внешних сил. Например, газ, помещенный в цилиндр с поршнем, получая определенное количество теплоты, увеличивает свою внутреннюю энергию, молекулы движутся быстрее, газ занимает больший объем и толкает поршень (работа против внешних сил). Иными словами, если работа совершается без внешнего притока энергии, она может совершаться лишь за счет внутренней энергии системы, которая рано иди поздно иссякнет, преобразовавшись в совершенную работу, на чем все закончится и система придет к состоянию термодинамического равновесия. Ведь энергия в мире никуда не уходит и не приходит, ее количество остается постоянным, а меняется лишь форма. Конечно, Вы обратили внимание на то, что речь идет о так называемом вечном двигателе первого рода (который может совершать работу без энергии). Спешим заверить, существование вечного двигателя второго рода также невозможно и объясняется вторым началом термодинамики, о котором мы поговорим в ближайшем будущем.
Надеемся, знакомство с термодинамикой прошло для Вас приятно и Вы полюбите ее всем сердцем. Если же этого не произойдет, Вы всегда можете поручить выполнение задач по термодинамике нашим авторам , пока сами занимаетесь более приятными делами.
