Dlaczego perpetuum mobile jest niemożliwe? Dlaczego nie można zbudować perpetuum mobile? Jak nazywa się perpetuum mobile?
Już dawno ustalono, że wynalezienie maszyny perpetuum mobile jest niemożliwe. W szerokim znaczeniu perpetuum mobile odnosi się do mechanizmu, który sam się porusza w sposób ciągły. Ale to nie jest wystarczająca definicja. Dzięki wielowiekowym bezowocnym próbom stworzenia cudownej maszyny możliwe jest dziś precyzyjne zdefiniowanie samego pojęcia „perpetuum mobile” i przyczyn jego niepraktyczności. Co więcej, takie próby pozostawiły znaczący ślad w historii i potwierdziły istnienie najważniejszych praw fizyki. Rozważymy i przeanalizujemy, które z nich poniżej.
Definicja i klasyfikacja maszyn perpetuum mobile
Zatem perpetuum mobile, jak już wiadomo, jest wyimaginowanym urządzeniem. Charakter wykonywanej pracy można sklasyfikować w następujący sposób:
- Maszyna perpetuum mobile pierwszego rodzaju (fizyczno-mechaniczna, hydrauliczna, magnetyczna) to maszyna działająca w sposób ciągły, która po jednorazowym uruchomieniu działa bez pobierania energii z zewnątrz. Są to urządzenia o charakterze mechanicznym, których zasada działania opiera się na wykorzystaniu pewnych zjawisk fizycznych, na przykład działania grawitacji, prawa Archimedesa, zjawisk kapilarnych w cieczach.
- Maszyna perpetuum mobile drugiego rodzaju (naturalna) to silnik cieplny, który w wyniku cyklu całkowicie zamienia ciepło otrzymane z dowolnego „niewyczerpanego” źródła (ocean, atmosfera itp.) na pracę. Są one związane z cyklicznie powtarzającymi się zjawiskami naturalnymi lub z zasadami mechaniki niebieskiej.
Klasyfikacja ta jest powszechna i można ją znaleźć w starej literaturze naukowej. Późniejsi badacze mają inną definicję. Wywodzi się z idei idealnej maszyny, która działa bez strat i zamienia całą dostarczoną energię na użyteczną pracę lub inny rodzaj energii.
Naukowcy z różnych czasów przebyli długą drogę do tych definicji. Poddawali je szczegółowej analizie i nie zawsze byli jednomyślni. Problem polegał na tym, czy za maszynę perpetuum mobile można uznać tylko tę maszynę, która po całkowitym złożeniu natychmiast zacznie samodzielnie pracować, czy też dopuszczalne jest nadanie urządzeniu początkowego impulsu silnikowego. Dyskusja dotyczyła także tego, czy do głównych cech maszyny perpetuum mobile zalicza się warunek, że wprawiona w ruch wykonuje jednocześnie jakąś pożyteczną pracę.
Powody idei stworzenia
Pierwsza wzmianka o perpetuum mobile pochodzi z 1150 roku. Czy to jednak oznacza, że starożytni mechanicy nie interesowali się perpetuum mobile? Wręcz przeciwnie, był to jeden z tych tradycyjnych problemów, któremu nauka poświęcała wiele uwagi w związku z badaniem zjawisk fizycznych. Jednak badając warunki określające ruch po okręgu ciał, Grecy doszli do wniosków, które teoretycznie wykluczały jakąkolwiek możliwość istnienia na Ziemi sztucznie wytworzonego ruchu wiecznego. Na przykład Arystoteles argumentował, że ruch ciał przyspiesza w kierunku jego środka. O ciałach o ruchu prawdziwie kołowym pisze: „Nie mogą być ani ciężkie, ani lekkie, gdyż nie są w stanie zbliżyć się do środka ani oddalić się od niego w sposób naturalny lub wymuszony”. Tylko ciała niebieskie spełniają ten warunek.
Za twórcę idei perpetuum mobile uważa się jednak indyjskiego poetę, matematyka i astronoma Bhaskara Acharyę (1114-1185), który w swoim wierszu opisał rodzaj wiecznie poruszającego się koła. Zwróć uwagę, że ciało ma okrągły kształt. Według starożytnej filozofii indyjskiej regularnie powtarzające się zdarzenia składające się na cykl kołowy są dla niego symbolem wieczności i doskonałości. Oznacza to, że twórcy idei perpetuum mobile kierowali się nie potrzebami praktycznymi, ale religijnymi. Idea maszyny perpetuum mobile osiągnęła apogeum w średniowieczu w Europie, w okresie intensywnej budowy świątyń, katedr i pałaców książęcych i wówczas twórcy zainteresowali się oczywiście praktycznym zastosowaniem maszyny .
Niektóre modele maszyn perpetuum mobile pierwszego rodzaju
Koło z niewyważonymi ciężarkami
Obrazek 1
Rysunek 2
Rysunek 3
Oto model perpetuum mobile Bhaskary (ryc. nr 1) z długimi, wąskimi naczyniami do połowy wypełnionymi rtęcią, przymocowanymi ukośnie wzdłuż wewnętrznej strony koła. Bhaskara uzasadnia obrót koła w następujący sposób: „Koło wypełnione cieczą, zamontowane na osi opartej na dwóch stałych podporach, obraca się samoczynnie w sposób ciągły”.
W średniowiecznej Europie wynaleziono jeszcze dwa modele o podobnej zasadzie działania. Rolę naczyń częściowo wypełnionych rtęcią pełnią wypukło-wklęsłe wycinki wewnątrz koła, wewnątrz których znajdują się ciężkie kule (ryc. nr 2) lub pręty przymocowane ruchomo do zewnętrznej części koła z obciążnikami na końcach (ryc. nr 2) Rys. nr 3).
Zasada działania tych silników polega na wytworzeniu stałego braku równowagi grawitacji na kole, w wyniku czego koło musi się obracać. Zastanówmy się, dlaczego tego obliczenia nie można uzasadnić na przykładzie zwykłego koła. Tutaj zakłada się, że praca wykonywana jest przez grawitację, czyli w normalnych warunkach (na małych odległościach i blisko powierzchni Ziemi) jest stała i zawsze skierowana w tym samym kierunku.
Rysunek 4
F T to ciężar ładunku, F P to siła, z jaką dźwignia działa na zawias (kompensowana przez siłę reakcji podpory), F B to siła obrotu, R to odległość zawiasu (osi obrotu) od trajektorii środek masy ładunku.
Gdy dźwignia jest ustawiona pionowo do góry, ciężar ładunku zostaje przeniesiony na zawias i jest kompensowany przez reakcję podpory. Siła jest skierowana prostopadle do okręgu, co stanowi składową styczną
jest nieobecny, co oznacza, że moment siły wynosi zero. Pozycja ta nazywana jest górnym martwym punktem (TDC). Jeśli dźwignia się odchyli, reakcja podpory nie kompensuje już ciężaru, pojawia się styczna składowa siły, a normalna składowa zaczyna się zmniejszać. Dzieje się tak tylko do momentu, gdy dźwignia osiągnie pozycję poziomą. Gdy moment siły osiągnie wartość maksymalną, dźwignia ponownie zacznie oddziaływać na ładunek, siła normalna zmieni swój znak względem dźwigni. Siła styczna zacznie się zmniejszać, aż dźwignia znajdzie się w pozycji pionowej w dół (dolny martwy punkt (BDC)).
Zatem, jak widać z rys. Nr 4, przez połowę cyklu pracy ładunek przyspiesza, przechodząc od górnego martwego punktu (GMP) do dolnego martwego punktu (BDC), a przez połowę zwalnia. Po wykonaniu kilku obrotów koło z niezrównoważonymi obciążeniami osiągnie stan równowagi.
Łańcuch na pochyłej płaszczyźnie
Rysunek 5
Innym rodzajem mechanicznej maszyny perpetuum mobile jest ciężki łańcuch, którego dłuższy bok jest przerzucony przez system kół pasowych. Teoretycznie założono, że część, na której znajduje się więcej ogniw, zacznie zsuwać się z pochyłej płaszczyzny, w wyniku czego zamknięty łańcuch będzie się przemieszczał w sposób ciągły. Wiadomo jednak, że łańcuch będzie w spoczynku. Ten typ silnika jest interesujący przede wszystkim dlatego, że na podstawie niemożności jego ciągłego ruchu inżynier, mechanik i matematyk Simon Stevin (1548-1620) udowodnił prawo równowagi ciała na pochyłej płaszczyźnie. Jeden łańcuch jest cięższy od drugiego o tyle samo razy, że większa ściana (AB na rys. nr 5) pryzmatu jest dłuższa od krótszej (BC na rys. nr 5). Wynika z tego, że dwa połączone obciążenia równoważą się wzajemnie na nachylonych płaszczyznach, jeśli ich masy są proporcjonalne do długości tych płaszczyzn.
Mechanizm podobny w zasadzie (rys. nr 6): ciężki łańcuch przerzuca się na koła tak, aby jego prawa połowa była zawsze dłuższa od lewej. Dlatego powinien spaść, powodując obrót łańcucha. Ale łańcuch po lewej stronie jest rozciągnięty pionowo, a prawa strona jest rozciągnięta pod pewnym kątem i zakrzywiona. Podobnie perpetuum mobile tego mechanizmu nie jest możliwe.
Rysunek 6
Hydrauliczna maszyna perpetuum mobile ze śrubą Archimedesa
W zdecydowanej większości wiecznych silników hydraulicznych wynalazcy próbowali zastosować mechanizm znany od czasów starożytnej Grecji – śrubę Archimedesa – pustą rurkę ze spiralną płaszczyzną w środku, przeznaczoną do podnoszenia wody z naczynia do naczynia o największej wysokości .
Rysunek 7
Ciecz z naczynia wraz z knotami unosi się najpierw do zbiornika górnego, skąd innymi knotami jeszcze wyżej; naczynie górne posiada rynnę drenażową, która opada na łopatki koła powodując jego obrót. Ciecz z dolnego poziomu ponownie unosi się poprzez knoty do górnego naczynia. Dzięki temu strumień spływający zsypem na koło nie zostaje przerwany, a koło musi być cały czas w ruchu (rys. nr 7).
Tylko koło tej maszyny nigdy się nie obraca, ponieważ w górnym naczyniu nie będzie wody. Stanie się tak, ponieważ siły kapilarne wywołane krzywizną powierzchni cieczy, choć pozwalają pokonać siłę ciężkości, unosząc ciecz w tkaninie knota, ale jednocześnie zatrzymują ją w porach tkaniny, uniemożliwiając jej z nich wypływać.
Naczynie Denny'ego Papena
Cyfra 8
Projekt Denny'ego Papena na hydrauliczną maszynę perpetuum mobile to naczynie zwężające się w rurę i wygięte w taki sposób, że wolny koniec rury o mniejszym promieniu znajduje się w dużej „szyi” naczynia (rys. nr 8). ). Autor założył, że ciężar wody w szerszej części naczynia będzie większy niż ciężar cieczy w rurce w węższej części. Zatem cyrkulacja płynu powinna nastąpić z powodu różnicy ciśnień. W rzeczywistości w tym przypadku działa podstawowe prawo hydrostatyki: ciśnienie wywierane na płyn jest przenoszone bez zmian we wszystkich kierunkach. Powierzchnia cieczy w cienkiej rurce będzie na tym samym poziomie, co w naczyniu, jak w każdym naczyniu łączącym.
Wcześniej dla tego silnika proponowano podobne statki, różnie zorientowane w przestrzeni. Opierały się one na zasadzie działania syfonu: w nim (w zakrzywionej rurze z kolankami o różnej długości, przez którą ciecz przepływa z naczynia o wyższym poziomie cieczy do naczynia o niższym poziomie cieczy) praca poświęcona na podniesienie ciecz wytwarzana jest pod ciśnieniem atmosferycznym. Jednocześnie, aby ciecz mogła przepływać przez syfon, maksymalna wysokość jego zagięcia nie powinna przekraczać wysokości słupa cieczy równoważonej ciśnieniem powietrza zewnętrznego. W przypadku wody wysokość ta przy normalnym ciśnieniu barometrycznym wynosi około 10 m – fakt ten nie został wzięty pod uwagę i doprowadził do błędnych wniosków na temat ciągłego ruchu takiego silnika.
Inne silniki hydrauliczne
Rysunek 9
Wśród wielu projektów maszyny perpetuum mobile wiele powstało w oparciu o prawo Archimedesa. Jeden z takich projektów wygląda tak: wysoki statek (20 m), wypełniony wodą, ma krążki umieszczone po jednej stronie na różnych końcach, przez które przerzucana jest mocna lina bez końca z czternastoma nieruchomymi, pustymi w środku sześciennymi pudłami. Skrzynki są identyczne, w równych odstępach, wodoodporne i mają bok 1 m (rys. nr 9).
Rzeczywiście, pudełka umieszczone w wodzie będą miały tendencję do unoszenia się w górę. Działa na nie siła równa ciężarowi wody wypartej przez skrzynki.
Ale nawet jeśli ta lina jest nieskończona, efekt nie jest uzasadniony, ponieważ aby lina się obracała, pudełka muszą wejść do naczynia od dołu i w tym celu muszą pokonać ciśnienie słupa wody, które będzie znacznie większa niż siła Archimedesa.
Rysunek 10
Uproszczona wersja perpetuum mobile typu hydraulicznego (ryc. nr 10), której pomysł wynika z rażącego naruszenia interpretacji prawa Archimedesa. Część drewnianego bębna zanurzona w wodzie, zgodnie z prawem Archimedesa, podlega działaniu siły wyporu. Oczywiście koło się nie obróci, bo siła nie będzie skierowana w górę (jak zamierzył wynalazca), ale w stronę środka koła.
Magnetyczna maszyna perpetuum mobile
Rysunek 11
Prosty, ale oryginalny model maszyny perpetuum mobile z magnesami. Do magnesu kulkowego znajdującego się na stojaku prowadzą dwa ukośne rowki: jeden prosty, zamontowany powyżej, drugi zakrzywiony (rys. nr 11). Żelazna kula umieszczona na górnym zsypie zostanie przyciągnięta przez magnes, następnie po drodze wpadnie do otworu, stoczy się dolnym zsypem i wróci do górnego zsypu.
Jeśli jednak magnes będzie na tyle mocny, że odciągnie kulkę od dolnego punktu, zapobiegnie jej wypadnięciu przez znajdujący się bardzo blisko otwór. Jeśli wręcz przeciwnie, siła przyciągania będzie niewystarczająca, wówczas piłka w ogóle nie zostanie przyciągnięta.
Perpetuum mobile pierwszego rodzaju w sprzeczności z prawem zachowania energii
Ostateczne zatwierdzenie prawa zachowania energii w latach 40-70 XIX wieku opierało się na pracach Sadi Carnota, Roberta Mayera, Jamesa Joule'a i Hermanna Helmholtza, którzy wykazali związek pomiędzy różnymi formami energii (mechaniczną, cieplną , elektryczne itp.). Prawo zachowania energii jest sformułowane w następujący sposób: w układzie izolowanym energia może przechodzić z jednej formy w drugą, ale jej całkowita ilość pozostaje stała.
Z reguły niemożność powstania maszyny perpetuum mobile jest konsekwencją prawa zachowania energii. Rozumowanie Mayera i eksperymenty Joule'a wykazały równoważność pracy mechanicznej i ciepła, pokazując, że ilość wydzielonego ciepła jest równa wykonanej pracy i odwrotnie; Helmholtz jako pierwszy sformułował precyzyjnie prawo zachowania energii. W odróżnieniu od swoich poprzedników łączył prawo zachowania energii z niemożliwością istnienia maszyn perpetuum mobile. Zasada niemożności perpetuum mobile została wykorzystana przez Mayera i Helmholtza jako podstawa analizy różnych przemian energii. Max Planck w swojej pracy „Zasada zachowania energii” położył szczególny nacisk na równoważność (a nie związek przyczynowy) zasady niemożności powstania maszyny perpetuum mobile i zasady zachowania energii.
W termodynamice prawo zachowania jest historycznie formułowane w postaci pierwszej zasady termodynamiki: zmiana energii wewnętrznej układu termodynamicznego podczas jego przejścia z jednego stanu do drugiego jest równa sumie pracy sił zewnętrznych na układu od ilości ciepła przekazanego do układu i nie zależy od sposobu, w jaki dokonuje się tego przejścia, tj. Q = ΔU + A. Pierwsza zasada termodynamiki jest często formułowana jako niemożność istnienia wieczystego maszyna ruchowa pierwszego rodzaju, która wykonywałaby pracę bez pobierania energii z jakiegokolwiek źródła.
Maszyny perpetuum mobile drugiego rodzaju
Klasyczna maszyna perpetuum mobile drugiego rodzaju przewiduje możliwość akumulacji ciepła poprzez pracę, której koszt jest mniejszy niż ciepło otrzymane, i wykorzystanie części tego ciepła do ponownego wykonania pracy w nowym cyklu. Zatem musi być nadwyżka pracy. Inna wersja tego silnika polega na uporządkowaniu chaotycznego ruchu termicznego cząsteczek, w wyniku czego następuje ukierunkowany ruch substancji, któremu towarzyszy spadek jej temperatury termodynamicznej. Nie ma tak wielu powszechnie znanych projektów wynalezionych takich silników, jak na przykład silniki pierwszego typu, a informacje o nich nie wystarczą do opisu. Zdecydowana większość pomysłów na takie maszyny jest absurdalna i sprzeczna lub należy do klasy wyimaginowanych maszyn perpetuum mobile (w rzeczywistości nie są wieczne) i ma niską wydajność.
Druga zasada termodynamiki, sformułowana przez Rudolfa Clausiusa, jasno stwierdza: niemożliwy jest proces, którego jedynym skutkiem byłoby przeniesienie ciepła z ciała zimniejszego do cieplejszego. Co oznacza również, że w układzie zamkniętym entropia podczas dowolnego rzeczywistego procesu albo wzrasta, albo pozostaje niezmieniona (tj. ΔS ≥ 0). Druga zasada termodynamiki jest postulatem, którego nie da się udowodnić w ramach termodynamiki. Został on stworzony na podstawie uogólnienia faktów eksperymentalnych i otrzymał liczne potwierdzenia eksperymentalne.
Możliwość wykorzystania energii ruchu termicznego cząstek ciała (zasobnika ciepła) do uzyskania pracy mechanicznej (bez zmiany stanu innych ciał) oznaczałaby możliwość realizacji maszyny perpetuum mobile drugiego rodzaju, której praca nie zaprzeczają prawu zachowania energii. Przykładowo praca silnika statku poprzez schładzanie wody oceanicznej (dostępnego i praktycznie niewyczerpalnego zbiornika energii wewnętrznej) nie jest sprzeczna z prawem zachowania energii, ale jeśli poza chłodzeniem wody nie zachodzą inne zmiany, to działanie takiego silnika jest sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki. W rzeczywistym silniku cieplnym proces zamiany ciepła na pracę polega na oddaniu określonej ilości ciepła do środowiska zewnętrznego. W rezultacie następuje ochłodzenie zbiornika ciepła silnika i nagrzanie zimniejszego otoczenia zewnętrznego, co jest zgodne z drugą zasadą termodynamiki.
Wyimaginowana maszyna perpetuum mobile
Rysunek 12
W latach 60 XX wiek Zabawka, która w ZSRR otrzymała nazwę „ptak wiecznie pijący” lub „ptak Hottabycha”, wywołała światową sensację. Cienka szklana kolba z poziomą osią pośrodku jest zamknięta w małym pojemniku. Wolny koniec stożka prawie dotyka jego dna. Kolba zawiera pewną ilość eteru (w dolnej części), górna pusta część kolby jest pokryta od zewnątrz cienką warstwą waty. Przed zabawką ustawia się naczynie z wodą i przechyla się je, zmuszając ją do „wypicia” (ryc. nr 12). Wtedy mechanizm działa samodzielnie: kilka razy na minutę pochyla się w stronę naczynia z wodą, aż woda się wyczerpie.
Mechanizm tego zjawiska jest jasny: ciecz w dolnej wnęce odparowuje pod wpływem ciepła w pomieszczeniu, ciśnienie wzrasta i wypiera ciecz do rurki. Górna część konstrukcji przeważa, przechyla się, a para przedostaje się do górnej kuli. Ciśnienie zostaje wyrównane, ciecz powraca do dolnej objętości, która przeważa i przywraca „ptaka” do pierwotnej pozycji.
Na pierwszy rzut oka zostaje tu naruszona druga zasada termodynamiki: nie ma różnicy temperatur, maszyna pobiera jedynie ciepło z powietrza. Gdy jednak kolba dotrze do naczynia z wodą, woda z mokrej waty intensywnie odparowuje, ochładzając górną kulkę. Powstaje różnica temperatur między górnymi i dolnymi naczyniami, w wyniku czego następuje ruch. Jeżeli parowanie ustanie (wata wyschnie lub wilgotność powietrza osiągnie punkt rosy, czyli temperaturę, do której powietrze musi się ochłodzić, aby zawarta w nim para wodna osiągnęła stan nasycenia i zaczęła się skraplać w rosę), maszyna, w pełnej zgodzie z drugą zasadą termodynamiki, przestanie się poruszać. Moc takiego silnika jest bardzo niska ze względu na nieznaczną różnicę temperatur i ciśnień, w jakich pracuje „ptak”.
Maszyny perpetuum mobile jako projekty komercyjne
Maszyny perpetuum mobile, owiane od czasów starożytnych tajemnicą wynalazków i działania, niewątpliwie stworzono nie tylko do zastosowań praktycznych. Przez cały czas istnieli oszuści i marzyciele, którzy zamierzali wydobyć nie tylko energię większą niż 100%.
Jednym z najsłynniejszych „oszustw stulecia” jest perpetuum mobile Johanna Besslera (1680-1745).
Rysunek 13
Rysunek 14
Pod pseudonimem Orfireus ten saksoński inżynier 17 listopada 1717 roku w obecności znanych fizyków zademonstrował maszynę o średnicy wału większej niż 3,5 m. Silnik uruchomiono, zamknięto w pomieszczeniu i po sprawdzeniu po półtora miesiąca byli przekonani, że koło silnika obraca się z tą samą prędkością.
Kiedy to samo wydarzyło się dwa miesiące później, sława Besslera zagrzmiała w całej Europie. Wynalazca zgodził się sprzedać samochód Piotrowi I, ale tak się nie stało. Nie przeszkodziło to jednak Besslerowi w wygodnym życiu za fundusze otrzymane dzięki demonstracji silnika. Silnik to duże koło, które obraca się i podnosi ciężki ładunek na znaczną wysokość (ryc. nr 13).
Wynalazek wywołał wiele kontrowersji i nierozwiązanych pytań. Najważniejsza z nich – zasada działania – nie była znana ogółowi społeczeństwa. Dlatego niedowierzający sceptycy doszli do wniosku, że tajemnica tkwi w tym, że umiejętnie ukryta osoba ciągnie za nawiniętą linę, niezauważoną przez obserwatora, na niewidoczną część osi koła. I ich oczekiwania okazały się uzasadnione: wkrótce służąca Besslera ujawniła tajemnicę:
silnik tak naprawdę działał tylko przy pomocy osób trzecich (ryc. nr 14).
Kolejny znany przypadek wykorzystania perpetuum mobile „do innych celów”: w jednym z miast, aby przyciągnąć klientów, w pobliżu kawiarni zainstalowano „wiecznie” obracające się koło, które oczywiście uruchomiono za pomocą mechanizm.
Niektórzy twórcy idei maszyn perpetuum mobile w porządku chronologicznym:
- Bhaskara Acharya (1114-1185), poeta, astronom, matematyk.
- Villars de Honnecourt (XIII wiek), architekt.
- Mikołaj z Kuzy (1401-1464), filozof, teolog, działacz kościelny i polityczny.
- Francesco di Giorgio (1439-1501), malarz, rzeźbiarz, architekt, wynalazca, inżynier wojskowy.
- Leonardo da Vinci (1452-1519), artysta, rzeźbiarz, architekt, matematyk, fizyk, anatom, przyrodnik.
- Giambattista Porta (1538 - 1615), filozof, optyk, astrolog, matematyk, meteorolog.
- Cornelius Drebbel (1572 - 1633), fizyk, wynalazca.
- Athanasius Kircher (1602-1680), fizyk, językoznawca, teolog, matematyk.
- John Wilkins (1614-1672), filozof, językoznawca.
- Denny Papin (1647-1712), matematyk, fizyk, wynalazca.
- Johann Bessler (1680-1745), inżynier mechanik, lekarz, oszust.
- David Brewster (1781-1868), fizyk.
- Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), fizyk, chemik, filozof idealista.
- Victor Schauberger (1885-1958), wynalazca.
Wniosek
W 1775 roku Akademia Francuska zdecydowała się nie rozpatrywać propozycji dotyczących maszyn perpetuum mobile, wydając ostateczny werdykt: zbudowanie maszyny perpetuum mobile jest absolutnie niemożliwe. W całej historii perpetuum mobile wynaleziono ponad 600 projektów, a większość z nich miała miejsce w czasie, gdy znane były prawa termodynamiki i zachowania energii.
Oczywiście wysiłki wielu twórców maszyn perpetuum mobile nie poszły na marne. Próbując skonstruować niemożliwe, znaleźli wiele ciekawych rozwiązań technicznych i wymyślili mechanizmy i urządzenia, które do dziś są stosowane w inżynierii mechanicznej. W bezowocnych poszukiwaniach perpetuum mobile narodziły się podstawy nauk inżynieryjnych i potwierdziły się prawa zaprzeczające jej istnieniu.
Według przekazów historycznych pierwszą osobą, która zaproponowała zbudowanie takiej maszyny, był naukowiec żyjący w XII wieku. W tym czasie rozpoczęły się europejskie wyprawy krzyżowe do Ziemi Świętej. Rozwój rzemiosła, rolnictwa i technologii wymagał opracowania nowych źródeł energii. Popularność idei perpetuum mobile zaczęła szybko rosnąć. Naukowcy próbowali go zbudować, ale ich próby zakończyły się niepowodzeniem.
Idea ta zyskała jeszcze większą popularność w XV i XVI wieku wraz z rozwojem przemysłu. Projekty perpetuum mobile zgłaszali wszyscy i wszystko: od prostych rzemieślników, którzy marzyli o założeniu własnej małej fabryki, po znaczących naukowców. Leonardo da Vinci, Galileo Galilei i inni wielcy badacze po licznych próbach zbudowania maszyny perpetuum mobile doszli do powszechnej opinii, że jest to w zasadzie niemożliwe.
Do tej samej opinii doszli naukowcy żyjący w XIX wieku. Byli wśród nich Hermann Helmholtz i James Joule. Niezależnie sformułowali prawo zachowania energii, które charakteryzuje przebieg wszystkich procesów we Wszechświecie.
Perpetuum mobile pierwszego rodzaju
Z tego podstawowego prawa wynika, że nie jest możliwe zbudowanie maszyny perpetuum mobile pierwszego rodzaju. Prawo zachowania energii mówi, że energia nie pojawia się skądkolwiek i nie znika nigdzie bez śladu, a jedynie przybiera nowe formy.
Perpetuum mobile pierwszego rodzaju to wyimaginowany układ zdolny do wykonywania pracy (tj. wytwarzania energii) przez nieograniczony czas bez dostępu energii z zewnątrz. Prawdziwy układ taki jak ten może wykonywać pracę jedynie wykorzystując swoją energię wewnętrzną. Ale ta praca będzie ograniczona, ponieważ rezerwy energii wewnętrznej układu nie są nieskończone.
Aby wytworzyć energię, silnik cieplny musi wykonać określony cykl, co oznacza, że za każdym razem musi powrócić do stanu początkowego. Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że aby wykonać pracę, silnik musi otrzymać energię z zewnątrz. Dlatego nie da się zbudować perpetuum mobile pierwszego rodzaju.
Perpetuum mobile drugiego rodzaju
Zasada działania perpetuum mobile drugiego rodzaju była następująca: pobieranie energii z oceanu przy jednoczesnym obniżaniu jego temperatury. Nie jest to sprzeczne z prawem zachowania energii, ale zbudowanie takiego silnika również jest niemożliwe.
Rzecz w tym, że jest to sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki. Polega to na tym, że w ogólnym przypadku energii z ciała zimniejszego nie można przenieść do ciała cieplejszego. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia dąży do zera, ponieważ jest to irracjonalne.
Maszyna ruchu wiecznego
Znani „wynalazcy” maszyn perpetuum mobile
Projekt Perpetuum Motion Orfireus
Literatura
- Wozniesienski N. N. O maszynach perpetuum mobile. M., 1926.
- Ihak-Rubiner F. Maszyna ruchu wiecznego. M., 1922.
- Kirpiczew V. L. Rozmowy o mechanice. M.: GITL, 1951.
- Mach E. Zasada oszczędzania pracy: historia i jej korzenie. Petersburg, 1909.
- Michał S. Perpetuum mobile wczoraj i dziś / Tłum. z Czech IE Zino; Przedmowa A. T. Grigoryan.. - M.: Mir, 1984. - 256 s. - (W świecie nauki i technologii). - 100 000 egzemplarzy.
- Ord-Home A. Nieustanny ruch. Historia obsesji. M.: Wiedza, 1980.
- Perelman Ja. Zabawna fizyka. Książka 1 i 2. M.: Nauka, 1979.
- Petrunin Yu. Dlaczego idea perpetuum mobile nie istniała w starożytności?// Petrunin Yu. Duch Konstantynopola: nierozwiązywalne problemy w kulturze rosyjskiej i europejskiej. - M.: KDU, 2006, s. 200-200. 75-82
Notatki
Zobacz też
Literatura
- // Słownik encyklopedyczny Brockhausa i Efrona: w 86 tomach (82 tomy i 4 dodatkowe). - Petersburgu. , 1890-1907.
Spinki do mankietów
|
|||||||||||||||||
| Zobacz też: Maszyna ruchu wiecznego Motoreduktor Silnik gumowy | |||||||||||||||||
Fundacja Wikimedia. 2010.
Synonimy:- Encefalografia
- Twierdzenie Noether
Zobacz, czym jest „perpetuum mobile” w innych słownikach:
WIECZNY RUCH Nowoczesna encyklopedia
WIECZNY RUCH- (łac. perpetuum mobile perpetuum mobile) 1) maszyna perpetuum mobile pierwszego rodzaju to wyimaginowana, działająca w sposób ciągły maszyna, która po uruchomieniu wykonywałaby pracę bez otrzymywania energii z zewnątrz. Perpetuum mobile I rodzaju jest sprzeczne z prawem... ... Wielki słownik encyklopedyczny
Maszyna ruchu wiecznego- (perpetuum mobile), 1) maszyna perpetuum mobile I rodzaju, wyimaginowana maszyna działająca w sposób ciągły, która po uruchomieniu wykonywałaby pracę przez nieograniczony czas bez pobierania energii z zewnątrz. Perpetuum mobile pierwszego rodzaju zaprzecza... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny
Maszyna ruchu wiecznego- perpetuum mobile Słownik rosyjskich synonimów. perpetuum mobile rzeczownik, liczba synonimów: 1 perpetuum mobile (4) Słownik synonimów ASIS ... Słownik synonimów
WIECZNY RUCH- WIECZNY RUCH, istnieją dwie teoretyczne formy perpetuum mobile. W pierwszym mechanizm działa bez przerwy, bez dopływu ENERGII z zewnątrz. Jednakże tego typu maszyny są sprzeczne z pierwszą zasadą TERMODYNAMIKI dotyczącą zachowania energii. W drugim modelu... ... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny
WIECZNY RUCH- (perpetuum mobile) (łac. perpetuum mobile, dosł. wiecznie w ruchu), wyimaginowany silnik, który po uruchomieniu miałby pracować przez nieograniczony czas bez pożyczania energii z zewnątrz (tzw. V.D. I rodzaju ). Pomysł V.D. Encyklopedia fizyczna
WIECZNY RUCH- (perpetuum mobile) hipotetyczny silnik, który rzekomo może wykonać użyteczną pracę bez pożyczania energii z zewnątrz. W jakiejkolwiek wiosce jest to niewykonalne... Wielka encyklopedia politechniczna
Maszyna ruchu wiecznego- (łac. perpetuum mobile perpetuum mobile), 1) maszyna perpetuum mobile pierwszego rodzaju to wyimaginowana, działająca w sposób ciągły maszyna, która po uruchomieniu wykonywałaby pracę bez otrzymywania energii z zewnątrz. Perpetuum mobile pierwszego rodzaju jest sprzeczne z prawem... słownik encyklopedyczny
Maszyna ruchu wiecznego- perpetuum mobile (łac. perpetuum mobile, dosłownie perpetuum mobile), wyimaginowana maszyna, która raz wprawiona w ruch miałaby wykonywać pracę przez nieograniczony czas, nie pożyczając energii z zewnątrz. V.D. zaprzecza prawu zachowania i... Wielka encyklopedia radziecka
Maszyna ruchu wiecznego- amžinasis variklis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Maszyna ruchu wiecznego; perpetuum mobile vok. Perpetuum mobile rosyjski. perpetuum mobile, m pranc. moteur à mouvement perpetuel, m; moteur perpétuel, m … Fizikos terminų žodynas Czytaj więcej
Naturalna energia cieplna jest stanowczo odgrodzona od praktyki przez nienaruszalne prawo zachowania energii oraz osławioną pierwszą i drugą zasadę termodynamiki. Nie będę dotykał interpretacji Prawa zachowania energii i materii Łomonosowa: nawiasem mówiąc, jest to pierwsza na świecie: mówi: „ Wszystkie zmiany zachodzące w przyrodzie są tego stanu, że jeśli coś do czegoś dodamy, to ta sama ilość zostanie gdzieś odjęta." Krótko mówiąc: to, co włożysz, to wyjmiesz. I żadnego podwyżki! To jest święte. Ale prawda o Początkach jest wątpliwa. Dlaczego ośmieliłeś się nazwać ich sławnymi? „Druga zasada termodynamiki” R Udolfa Clausiusa, będący kontynuatorem Sadi Carnota, sformułowany w 1850 r., kiedy współczesna fizyka była w powijakach i wiele odkryć miało dopiero nadejść.
Jednak drugi Początek od razu stał się klasykiem. Clausius wychodzi z faktu, że energia jest przekształcana z jednego rodzaju na drugi ze stratami, a ostatecznie pozostałe ciepło zostaje bezpowrotnie rozproszone w otaczającej przestrzeni. „Jeszcze straszniejsze, jeszcze wspanialsze”: według niego ciepła nie można przekształcić w pracę mechaniczną o współczynniku bliskim jedności, a zatem „ Niemożliwy jest proces, którego jedynym skutkiem byłoby przeniesienie ciepła z ciała zimniejszego do cieplejszego. Co więcej, Clausius generalnie zawetował maszynę perpetuum mobile. Czy to nie skłoniło go do popełnienia tego bluźnierstwa? Arystoteles? Kilkaset lat p.n.e. doszedł do wniosku, że „Ciągły ruch jest dozwolony tylko pomiędzy ciałami niebieskimi, ale w świecie podksiężycowym jest to nie do pomyślenia”..
perpetuum mobile (z angielskiego - perpetuum mobile) Postulaty Drugiej Zasady poparł wielki naukowiec William Thomson (Lord Kelvin). Jego zdaniem „Nie da się produkować pracy schładzając i zużywając wszystko energia wewnętrzna systemy. Należy pamiętać, że we wszystkich przypadkach zakłada się zamknięty, izolowany system bez wymiany ciepła z otoczeniem. Ale istniejemy w systemie otwartym, w którym zasoby energii są niewyczerpane. I dlaczego konieczne jest wykorzystanie całej energii? W pierwszym przypadku wystarczy nawet niewielka jego część. Trudniej nie brać pod uwagę zaprzeczenia możliwości samoistnego przenoszenia ciepła z ciał zimniejszych do ciał cieplejszych. A przecież właśnie z tego miejsca automatycznie wypływa zakaz tworzenia termicznej maszyny perpetuum mobile. Kiedy stworzono termodynamikę statystyczną opartą na koncepcjach molekularnych, wprowadzono poprawkę do Drugiej Zasady. Okazało się " Przeniesienie ciepła z ciała zimnego do ciała cieplejszego jest w zasadzie możliwe, ale jest to zdarzenie zabójczo mało prawdopodobne.
A w naturze zdarzają się najbardziej prawdopodobne zdarzenia" Albo w czoło, albo w czoło! Jakby na potwierdzenie tej tezy, nikomu jeszcze nie udało się dokonać transferu energii z ciała zimniejszego do cieplejszego. Ale perpetuum mobile nadal musi działać. Nie uważaj tego stwierdzenia za „napoleońskie”. Ale śmiem twierdzić, że mi się to udało. Swoją pierwszą maszynę perpetuum mobile, oczywiście niesprawną, wymyślił już w 1934 roku, gdy był w 6 klasie ukraińskiej szkoły w mieście Pryluky. Wrócił do tego hobby pięćdziesiąt lat później, w dość nietypowych okolicznościach. W sierpniu 1986 prorektor Uniwersytetu Przyjaźni Narodów. Patrice Lumumba V. Shkadikov zaprosił mnie do poprowadzenia seminarium wynalazczego z grupą studentów. Jednak pomiędzy mną a kilkunastu „ochotnikami” – imigrantami z krajów afrykańskich – pojawiła się trudna do pokonania przeszkoda – całkowite niezrozumienie języka. Ale tłumacz był daleki od technicznego i nie mógł w niczym pomóc. Ale komunikacja nastąpiła.
Na rozgrzewkę zaproponowałam młodym ludziom stworzenie nawilżacza powietrza. Zainteresował ich ten temat. Oczywiście odwiedziliśmy kilka sklepów ze sprzętem AGD i obejrzeliśmy różnego rodzaju nawilżacze. Wszystkie były elektryczne. Wymyślanie na tej podstawie nie jest interesujące. A co jeśli wykorzystamy ten pomysł Johanna Signera, Zasugerowałem. Stworzył pierwszą na świecie turbinę hydrauliczną - Koło Segnera. Znajduje się w płaszczyźnie poziomej, a zamiast drutów znajdują się rurki z zakrzywionymi końcami. Wypływający z nich płyn ma siłę reakcji i powoduje obrót koła. Ale w naszym przypadku nie byłby to nawilżacz, ale „zalewacz” pomieszczenia.
Postanowiliśmy stworzyć wyparny nawilżacz powietrza. Nie znaleźliśmy tego w sklepach. Zorganizowali coś w rodzaju konkursu pomysłów. Najprostszą i najbardziej fundamentalną propozycją było pozostawienie koła, ale obrócenie go o 90 stopni i „posadowienie” na osi poziomej. Koło składa się z oddzielnych sektorów, jak u starożytnych Indian Maszyna ruchu wiecznego. Zatem powierzchnia parowania znajdowała się w płaszczyźnie pionowej. Nawilżacz zarósł innymi częściami jak bałwan: rurki zastąpiono izolowanymi od siebie sektorami. Okryli je bawełnianą tkaniną, a zamiast zakrzywionych kolan do sektorów przymocowano wyrostki. Po raz kolejny omówiliśmy wszystko, wykonaliśmy rysunki i zrobiliśmy model.
Z tym „tytułem” 1 października 1988 r. został wpisany do Państwowego Rejestru Wynalazków pod numerem 1455040. Konstrukcyjnie silnik nie jest skomplikowany: wirnik tarczowy obraca się wokół osi poziomej, składającej się z 6 odizolowanych od siebie sektorów , pokryty bawełnianą tkaniną. Gdy silnik nasiąka wilgocią, dolny sektor powoduje zaburzenie równowagi wirnika, a z powodu braku równowagi układ zaczyna się obracać. Sektor wyłaniający się z wody zostaje zastąpiony sąsiednim, a rotacja staje się ciągła. W ten sposób silnik bezpośrednio przekształca ciepło otaczającego powietrza w pracę mechaniczną. Innymi słowy, następuje spontaniczna koncentracja energii cieplnej rozproszonej w środowisku. To prawda, że ze względu na mój brak kompetencji nie mogę uzasadnić zasady działania silnika: Z jednej strony powierzchnia wirnika odparowuje wilgoć, a zatem chłodzi. Otaczające powietrze, posiadające wyższą temperaturę, ma prawo „legalnie” przekazywać ciepło do wirnika. Jasne jak słońce. Ale z drugiej strony, oddając ciepło, samo powietrze się ochładza.
Dlatego nie ma prawa przekazywać ciepła do chłodzonego wirnika. Oczywista sprzeczność. Jak to rozwiązać? Autorowi tych linijek – korespondentowi magazynu „ Wynalazca i innowator„Miałem szczęście komunikować się z Paweł Kondratiewicz Oszczepkow, wybitny naukowiec i wspaniały człowiek.
Opowiem krótko o jednym ze spotkań z Pawłem Kondratiewiczem, które pozostawiło zauważalny ślad w moim sercu i pamięci. Gdzieś pod koniec lat 80-tych ubiegłego wieku jakimś cudem odważyłem się go przyprowadzić i pokazać mu mój „wieczny” (termiczny) silnik w akcji. Paweł Kondratiewicz nie uważał tego za przykład typowej inwersji energii, ponieważ przejście energii cieplnej w niej następuje przy względnej równości stanu termicznego otaczającego powietrza i wirnika silnika. Zauważył jednak: „Przykład koncentracji rozproszonej energii nie jest pozbawiony zainteresowania”.
Całe swoje życie, z wyjątkiem wielu lat niezasłużonych więzień i obozów, poświęcił tworzeniu i badaniu inwersji energii (koncentracji i praktycznemu wykorzystaniu rozproszonej energii natury), a także wynalazł i wprowadził w życie nowy kierunek nauka i technika - introskopia (intrawizja) oraz, co najważniejsze, wynalazł, opracował i wdrożył w praktyce radar (systemy i urządzenia do wykrywania odległych obiektów, w tym samolotów). To jeden z najwspanialszych wynalazków naszych czasów, cieszący się uznaniem na całym świecie.
Jego elektryczne imagery były produkowane masowo i zostały przyjęte przez Armię Czerwoną. Na samym początku Wielkiej Wojny Ojczyźnianej, a dokładniej 21 lipca 1941 r. o godzinie 17.00, oddziały Obrony Powietrznej, korzystając z urządzeń wymyślonych przez Oszczepkowa, odkryły w powietrzu dwieście faszystowskich samolotów w odległości 200 km od Moskwy. Według obliczeń pedantycznych niemieckich wojowników, armada ta miała zniszczyć miasto nawet nie w ruinę, ale w proch Pompejów. Przecież Moskwa w tym czasie zajmowała niewielkie terytorium i mieściła się w obrębie obwodnicy.
Zapobiegniętym obrońcom stolicy udało się postawić w stan pogotowia artylerię przeciwlotniczą, myśliwce wzbiły się w powietrze, a po stracie dwudziestu samolotów w bitwie powietrznej naziści haniebnie zawrócili. Stolicę i jej mieszkańców udało się uratować przed nieuchronną katastrofą. Nie będę tego ukrywał i z góry powiem: Głównym celem tej publikacji jest zainicjowanie ubiegania się P.K. Oszczepkowa o Nagrodę Nobla (pośmiertnie). Zasłużył na to. Niestety, kilka lat później, w 1992 roku, Paweł Kondratiewicz opuścił niemiły dla niego świat. Wieczna pamięć o nim! Wróćmy jednak do początku naszej rozmowy. Mówienie o wynalazkach i nie poruszanie tematu perpetuum mobile jest tak samo absurdalne, jak prowadzenie wesela bez muzyki. Choćby dlatego, że wynalazcy perpetuum mobile byli w zasadzie pierwszymi energetykami, którzy o wieki wyprzedzili oficjalną naukę, jeśli nie wiedzą, to w poszukiwaniu nowych źródeł energii. Nieustanny ruch już od ośmiu wieków jest nieuleczalną chorobą i strachem dla całej ludzkości.
Hipotetycznie można sobie wyobrazić, że ludzkość została podzielona na trzy „porządki” - takie, które choć raz w życiu były zaskoczone przejawem potężnych sił natury i zastanawiały się nad ich praktycznym wykorzystaniem. Tych, którzy próbowali zbudować perpetuum mobile, i wreszcie tych, którzy poświęcili jej całe swoje dorosłe życie lub znaczną jego część. Na szczęście tacy pacjenci stanowią mniejszość. Ale we wszystkich czasach i narodach obok twórców silnika śmigłowego zawsze istnieli szpiedzy i nadzorcy, którzy bezpośrednio lub pośrednio potępiali ich, a nawet prześladowali za tę działalność. Negatorzy perpetuum mobile są aktywni i agresywni. Istnieją one do dziś – zarówno w środowisku biurokratycznym, jak i w nauce. I, co jest szczególnie niebezpieczne, przeniknęli do systemu edukacji, a także potępiają i utrudniają.
Co więcej, jest to potwór, jak to kiedyś ujął Wasilij Trediakowski, « oblo, złośliwy, ogromny, warczący i szczekający" Problem w tym, że klasyczna termodynamika jest obiektywna i opiera się na nienaruszalnych prawach natury. Jej postulaty są zapisane w podręcznikach uniwersyteckich i wyznawane przez oficjalną naukę. Jest to prawda niezmienna, której nie można podważać. Możliwa i konieczna jest jednak zmiana jego rozumienia, interpretacji i dokonanie pewnych dostosowań. Zwłaszcza jeśli chodzi o perpetuum mobile. Mówimy oczywiście o tych, które opierają się na wykorzystaniu energii naturalnej. Jednak nie wszyscy konstruktorzy maszyn perpetuum mobile przestrzegali tego ograniczenia. Od ośmiu wieków jest to choroba nieuleczalna i przerażająca dla całej ludzkości.
Hipotetycznie wszystkich mieszkańców planety można podzielić na trzy „porządki”. Niektórzy przynajmniej raz w życiu byli zaskoczeni pojawieniem się potężnej, darmowej energii naturalnej, której pochodzenie nie zawsze jest oczywiste. I pomyśleli: „Weź to - nie chcę tego!” Niezależnie od wyniku, zawsze negatywnego, praca ta nie była bezużyteczna. Nie zapominajmy, że twórcy perpetuum mobile byli w zasadzie pierwszymi energetykami, którzy o wieki wyprzedzili oficjalną naukę, jeśli nie wiedzą, to w poszukiwaniu nowych źródeł energii.
Przez tę szkołę wyrafinowanego myślenia, wirtuozowskich umiejętności i bezinteresownej pracy przeszli nie tylko słabo wykształceni i przypadkowi ludzie. Próbowanie stworzenie perpetuum mobile Nie mogło zabraknąć Leonarda da Vinci, Izaaka Newtona, Iwana Kulibina, Konstantina Ciołkowskiego i wielu innych wielkich i mniej znaczących osobistości. Ich dziedzictwo jest bezcenne i może służyć jako wyraźny przykład powstania struktur, których zasady działania obowiązują do dziś w różnych dziedzinach techniki. Co więcej, zwróćmy uwagę, że wielu „perpetomobilistów” przeszło do historii techniki jako twórcy oryginalnych i użytecznych maszyn i mechanizmów.
Nie trzeba dodawać, że nie jest to przypadek, ale w związku... Warto przywołać ciekawe wyznanie Leonardo da Vinci: « Jaka szkoda, że mądrzy ludzie marnują tyle dobrej energii na takie puste próby! Udało mi się stworzyć moje maszyny tylko dlatego, że zdałem sobie sprawę z beznadziejności idei perpetuum mobile„. Jak wiadomo, w rękopisach wielkiego encyklopedysty znajduje się wiele niezrozumiałych, niewypowiedzianych myśli. Spróbujmy zrozumieć znaczenie ostatniego wyrażenia. Czy kryje się za tym jakiś specjalny podtekst? Czy Da Vinci nie daje do zrozumienia, że to właśnie to hobby przyczyniło się do sukcesu jego różnorodnej twórczości technicznej? Faktem jest, że budowa perpetuum mobile możliwego lub fantastycznego „niemożliwego” nieuchronnie wiąże się ze znajomością technologii, umiejętnością projektowania, umiejętnością mentalnego budowania modeli i niejako „wspinania się do ich wnętrzności” aby wirtualnie „przetestować” je w działaniu.
Rysunki maszyny perpetuum mobile autorstwa Leonarda da Vinci Może to być początkowo nieodłączne dla inteligentnej osoby lub nabyte przez początkującego podczas tworzenia maszyny perpetuum mobile. Jestem pewien, że ktoś, kto próbował stworzyć perpetuum mobile, ma większe szanse zostać prawdziwym inżynierem, projektantem, wynalazcą, niż ktoś, kto nigdy się tym nie interesował. Nawet zbudowanie prostych mechanizmów, a tym bardziej łączenie ich w bardziej złożone, jest samo w sobie niemożliwe bez podstawowej wiedzy z mechaniki i praw natury. Dodatkowo czynność ta rozwija kreatywność, umiejętność tworzenia w umyśle różnorodnych urządzeń i przenoszenia ich na papier lub inny nośnik w formie zrozumiałej dla innych. Morał z „tej bajki” jest taki: Otwórzmy drogę perpetuum mobile, dajmy szansę jej stworzenia młodym, twórcom. Pomożemy Ci w tym i będziemy Cię w tym zachęcać.
Być może włączymy nawet bezpłatną lekcję konkursową na ten temat do szkolnego programu nauczania fizyki. No cóż, przynajmniej raz w tygodniu lub raz w miesiącu. Będzie to niewątpliwie miało wielostronny pozytywny skutek. " To ty, mój przyjacielu, przesadziłeś„, powie inny urzędnik ds. edukacji. " Komu perpetuum mobile w obecnym kryzysie i niespokojnych czasach?" Ach, tutaj jest konieczne i przydatne! Po pierwsze ekonomicznie, bo może służyć jako realny techniczny środek unowocześnienia gospodarki i opanowania energii natury. I co ważniejsze, jest to skuteczny powód i zachęta do politechnicznego kształcenia młodych ludzi oraz kultywowania innowacyjnego myślenia i działania.
Co o tym myślisz?
Scenariusz
Bazylia
Artysta, architekt świadomości, myśliciel rozumiejący nowe horyzonty przestrzeni informacyjnej
Kontynuując nasz kurs „Fizyka dla opornych” zaczniemy rozważać podstawy tak ważnej sekcji, jak termodynamika.
Aktywny rozwój termodynamiki rozpoczął się w XIX wieku. To wtedy ludzie zaczęli budować pierwsze maszyny parowe, a następnie aktywnie wprowadzać je do produkcji. Rozpoczęła się rewolucja przemysłowa i oczywiście wszyscy chcieli zwiększyć wydajność maszyn, aby móc produkować więcej produktów, podróżować dalej i w efekcie zarobić więcej pieniędzy. Wszystko to bardzo dobrze stymulowało rozwój nauki i odwrotnie. Ale przejdźmy do sedna sprawy.
Termodynamika jest działem fizyki zajmującym się badaniem układów makroskopowych, ich najbardziej ogólnych właściwości, sposobów przekazywania i przekształcania energii w takich układach.
Co to są układy makroskopowe? Są to układy składające się z bardzo dużej liczby cząstek. Na przykład butla z gazem lub balon. Opisanie takich układów metodami mechaniki klasycznej jest po prostu niemożliwe – wszak nie jesteśmy w stanie zmierzyć prędkości, energii i innych parametrów każdej cząsteczki gazu z osobna. Niemniej jednak zachowanie całej populacji cząstek podlega prawom statystycznym. Tak naprawdę każdy obiekt widoczny dla nas (gołym okiem) można określić jako układ termodynamiczny.
- faktycznie lub mentalnie wyróżniony makroskopowy układ fizyczny składający się z dużej liczby cząstek, który nie wymaga do swojego opisu wykorzystania mikroskopowych cech poszczególnych cząstek. Odpowiednio do opisu układu termodynamicznego stosuje się parametry makroskopowe, które nie są związane z każdą cząstką, ale opisują układ jako całość. Ten temperatura, ciśnienie, objętość, masa układu i tak dalej.
Należy zauważyć, że mogą to być układy termodynamiczne Zamknięte I otwarty. Układ zamknięty to układ chroniony przed środowiskiem za pomocą rzeczywistej lub wyimaginowanej powłoki, przy czym liczba cząstek w układzie pozostaje stała.
System może znajdować się w różnych stanach. Na przykład wzięliśmy butlę z gazem i zaczęliśmy ją podgrzewać. W ten sposób zmieniliśmy energię cząsteczek gazu, zaczęły one poruszać się szybciej, a układ przeszedł do nowego stanu o wyższej temperaturze. Ale co się stanie, jeśli system zostanie pozostawiony sam? Następnie po pewnym czasie system dojdzie do stanu równowaga termodynamiczna.
Co to znaczy?
Równowaga termodynamiczna to stan układu, w którym jego parametry makroskopowe (temperatura, objętość itp.) pozostają niezmienione w czasie.
Termodynamika opiera się na trzech filarach. Istnieją trzy podstawowe postulaty lub trzy prawa termodynamiki. Nazywa się je odpowiednio pierwszą, drugą i trzecią zasadą termodynamiki. Rozważmy pierwszą zasadę lub pierwszą zasadę termodynamiki.
Pierwsza zasada termodynamiki
Pierwsza zasada termodynamiki stwierdza:
W każdym izolowanym systemie zaopatrzenie w energię pozostaje stałe.
Nawiasem mówiąc, postulat ten ma kilka innych równoważnych sformułowań. Wymieńmy je poniżej:
Ilość ciepła otrzymanego przez układ zmienia energię wewnętrzną układu, a także wykonuje pracę wbrew siłom zewnętrznym.
Perpetuum mobile pierwszego rodzaju (silnik, który działa bez wydatkowania energii) jest niemożliwy.
Zapiszmy także matematyczne wyrażenie pierwszej zasady termodynamiki:
Tutaj Q to ilość ciepła, delta U to zmiana energii wewnętrznej, A to praca przeciwko siłom zewnętrznym. Dla różnych procesów termodynamicznych, ze względu na ich charakterystykę, zapis pierwszej zasady będzie wyglądał inaczej.
Dlaczego perpetuum mobile pierwszego rodzaju jest niemożliwe?
Od czasów starożytnych ludzie byli zainteresowani gratisami Jej Królewskiej Mości. Kamień filozoficzny, który zamienia każdy metal w złoto, samodzielnie złożony obrus, dzięki któremu nie musisz gotować, dżin spełniający każde życzenie. Kolejnym takim pomysłem był pomysł perpetuum mobile.
Perpetuum mobile nie jest możliwe, bo tak działa świat. Mówią nam o tym prawa termodynamiki. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki ilość ciepła otrzymanego przez układ zmienia energię wewnętrzną układu, a także wykonuje pracę wbrew siłom zewnętrznym. Przykładowo gaz umieszczony w cylindrze z tłokiem, otrzymując określoną ilość ciepła, zwiększa swoją energię wewnętrzną, cząsteczki poruszają się szybciej, gaz zajmuje większą objętość i wypycha tłok (działa przeciw siłom zewnętrznym). Innymi słowy, jeśli praca jest wykonywana bez zewnętrznego dopływu energii, może być ona wykonana tylko dzięki wewnętrznej energii układu, która prędzej czy później wyschnie, przekształcając się w pracę doskonałą, w którym to momencie wszystko się skończy i układ osiągnie stan równowagi termodynamicznej. Przecież energia na świecie nigdzie nie odchodzi ani nie przychodzi, jej ilość pozostaje stała, zmienia się tylko jej forma. Oczywiście zauważyłeś, że mówimy o tak zwanej maszynie perpetuum mobile pierwszego rodzaju (która może wykonywać pracę bez energii). Spieszymy zapewnić, że istnienie perpetuum mobile drugiego rodzaju jest również niemożliwe i tłumaczy się drugą zasadą termodynamiki, o której będziemy mówić w najbliższej przyszłości.
Mamy nadzieję, że wprowadzenie do termodynamiki było przyjemne i że pokochasz je całym sercem. Jeśli tak się nie stanie, zawsze możesz przypisać zadania z termodynamiki do naszym autorom podczas gdy ty robisz przyjemniejsze rzeczy.
