Перпетуум мобиле. Движение. Теплота

Перпетуум мобиле

Об осуществлении перпетуум мобиле мечтает Бертольд – герой «Сцен из рыцарских времен» Пушкина. «Что такое перпетуум мобиле?» – спрашивает его собеседник. «Это вечное движение, – отвечает Бертольд. – Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человека. Делать золото – задача заманчивая, открытие может быть любопытное, выгодное, но найти разрешение перпетуум мобиле…».

Перпетуум мобиле, или вечный двигатель, – это машина, работающая не только вопреки закону уменьшения механической энергии, но и нарушающая закон сохранения механической энергии, который, как мы теперь знаем, выполняется лишь в идеальных, недостижимых условиях – при отсутствии трения. Вечный двигатель, как только он будет сконструирован, должен начать работать «сам по себе» – например, вращать колесо или подымать грузы снизу вверх. Работа эта должна происходить вечно и непрерывно, а двигатель не должен требовать ни топлива, ни рук человеческих, ни энергии падающей воды – словом ничего, взятого извне.

Первый до сих пор известный достоверный документ об «осуществлении» идеи вечного двигателя относится к XIII веку. Любопытно, что спустя шесть веков, в 1910 году, в одно из московских научных учреждений был представлен на «рассмотрение» буквально такой же «проект».

Проект этого вечного двигателя изображен на рис. 36. При вращении колеса грузы перекидываются и поддерживают, по мысли изобретателя, движение, так как откинувшиеся грузы давят гораздо сильнее, действуя на более далеком от оси расстоянии. Построив эту отнюдь не сложную «машину», изобретатель убеждается, что, повернувшись по инерции на один или два оборота, колесо останавливается. Но это не приводит его в уныние. Допущена ошибка: рычаги надо сделать длиннее, форму выступов изменить. И бесплодная работа, которой многие доморощенные изобретатели посвящали свою жизнь, продолжается, но, разумеется, с тем же успехом.

Вариантов предлагавшихся вечных двигателей было в общем немного: разнообразные самодвижущиеся колеса, в принципе не отличающиеся от описанного, гидравлические двигатели – например, показанный на рис. 37 двигатель, изобретенный в 1634 г.; двигатели, использующие сифоны или капиллярные трубки (рис. 38), потерю веса в воде (рис. 39), притяжение железных тел магнитами. Далеко не всегда можно догадаться, за счет чего же должно было, по идее изобретателя, происходить вечное движение.

Еще до установления закона сохранения энергии утверждение о невозможности перпетуум мобиле мы находим в официальном заявлении французской Академии, сделанном в 1775 году, когда она решила не принимать больше для рассмотрения и испытания никакие проекты вечных двигателей.

Многие механики XVII–XVIII веков уже клали в основу своих доказательств аксиому о невозможности перпетуум мобиле, несмотря на то, что понятие энергии и закон сохранения энергии вошли в науку много позже.

В настоящее время ясно, что изобретатели, которые пытаются создать вечный двигатель, не только входят в противоречие с экспериментом, но и совершают ошибку против элементарной логики. Ведь невозможность перпетуум мобиле есть прямое следствие из законов механики, из которых они же исходят, обосновывая свое «изобретение».

Несмотря на полную бесплодность, поиски вечного двигателя, вероятно, сыграли все же какую-то полезную роль, так как в конечном счете привели к открытию закона сохранения энергии.

Перпетум мобиль – вечный двигатель. Perpetuum mobile

Вечный двигатель, или на латинском языке «перпетум мобиль», представляет собой гипотетическую машину, которая могла бы функционировать вечно после придания ей начального импульса и без необходимости последующего подвода энергии к ней.

Законы термодинамики

Чтобы понять, возможен или невозможен перпетум мобиль, следует вспомнить первые два закона термодинамики:

1. Первый закон термодинамики гласит: «Энергия не создается и не уничтожается, она может лишь переходить в разные состояния и виды». То есть если над данной системой совершают работу или она обменивается теплом с внешней средой, то ее внутренняя энергия изменяется.
2. Второй закон термодинамики. Согласно ему, «энтропия Вселенной стремится увеличиться с течением времени». Этот закон указывает, в каком направлении будет протекать термодинамический процесс самопроизвольно. Кроме того, из этого закона следует невозможность перехода энергии из одного вида в другой без потерь.

Вечный двигатель первого и второго рода

Вечный двигатель, или на латинском языке perpetuum mobile, бывает двух родов:

1. Вечный двигатель первого рода представляет собой машину, которая постоянно работает без подвода внешней энергии и при этом совершает какую-либо работу. То есть перпетум мобиль первого рода противоречит первому закону термодинамики, поэтому, кстати, он и получил название двигателя первого рода.
2. Вечный двигатель второго рода – это любая машина, которая работает с периодическими циклами, преобразуя один вид энергии в другой, например, механическую в электрическую и наоборот, без каких-либо потерь в процессе этого преобразования. То есть вечный двигатель (перпетуум мобиле) второго рода противоречит второму закону термодинамики.

Невозможность существования

Вечный двигатель первого рода противоречит фундаментальному закону физики о сохранении энергии изолированной системы, поэтому существовать не может. Что касается perpetuum mobile второго рода, то он также невозможен, поскольку в любом работающем двигателе происходит распыление энергии различными способами, главным образом, в виде тепла.

Учитывая, что законы термодинамики проверены несколькими столетиями опытов и экспериментов и еще ни разу не дали сбоя, можно смело говорить, что любые проекты вечных двигателей – это обман. Такие проекты часто возникают в разнообразных религиозных кружках, в которых присутствуют верования о нескончаемых источниках энергии и так далее.

Кроме того, время от времени появляются различные мысленные «парадоксы», которые, казалось бы, демонстрируют работоспособность тех или иных перпетум мобиль. Во всех этих случаях речь идет об ошибках в понимании законов физики, поэтому такие мысленные «парадоксы» являются поучительными.

Исторические поиски вечных двигателей и их важность для развития человечества

Законы термодинамики были установлены окончательно во второй половине XIX века. Согласно им, любая работающая машина не может переводить энергию из одного состояния в другое с коэффициентом полезного действия, равным 100%, не говоря уже о постоянном снабжении энергией других систем без подвода ее к самой машине.

Несмотря на это, многие люди в ходе истории и по сей день искали и продолжают искать различные конструкции работающих вечных двигателей, которые можно сравнить со своеобразным «эликсиром молодости» в области механики.

Все проекты таких машин заключаются в использовании разных весов, углов, физических или механических свойств конкретных субстанций, которые могут двигаться постоянно и даже создавать избыточное количество полезной энергии. Говоря о современном времени и его огромных энергетических потребностях, можно понять важность перпетум мобиль, который бы стал настоящей революцией в развитии человечества.

Возвращаясь в историю, следует сказать, что первые известные проекты вечных двигателей начали появляться в средневековой Европе. Полагают, что первой моделью вечного двигателя стало соответствующее изобретение в Баварии в VIII веке нашей эры.

Известные проекты вечных двигателей в Средние века

К сожалению, до настоящего времени ничего не известно о существовании проектов перпетум мобиль в обществах до Средних веков. Не сохранилась никакая информация о том, что древние греки или римляне создавали такие машины.

Самым древним изобретением вечного двигателя, которое известно человечеству, является магическое колесо. Хотя не сохранилось изображений этого изобретения, исторические письменные источники говорят, что оно относится ко времени существования Империи Меровингов на территории современной Баварии в VIII веке. Однако некоторые историки говорят о том, что данная машина не существовала в действительности и что вся информация о ней является легендой.

Бхаскара был известным индийским математиком, который признается самым влиятельным ученым Средних веков на своем континенте. Его работы, касающиеся дифференциальных уравнений, предшествуют на 5 веков аналогичным работам Ньютона и Лейбница. Около 1150 года Бхаскара придумал колесо, которое должно было вращаться вечно. К сожалению, это изобретение так и не было сконструировано, но оно является первым несомненным свидетельством попыток создания вечного движения.

Первым изобретением вечного двигателя в Европе является машина известного французского масона и архитектора XIII века Виллара де Оннекура. Точно не известно, было ли его изобретение сконструировано, но в дневниках Виллара де Оннекура находят изображение его perpetuum mobile.

Легендарный инженер и изобретатель из Флоренции Леонардо да Винчи также создал несколько машин – вечных двигателей, и в этом плане он опередил на несколько веков свое время. Данные машины, естественно, оказались неработоспособными, и ученый сделал вывод о невозможности существования вечных двигателей в физике.

Вечные двигатели Нового времени

С наступлением Нового времени изобретение вечного двигателя стало популярным занятием, и многие изобретатели тратили свое время на создание такой машины. Связан этот бум прежде всего с успехом в развитии механики.

Так, итальянский изобретатель XVI века Марк Зимара сконструировал вечно работающую мельницу, а голландец Корнелиус Дреббель посвятил одно из таких изобретений английскому королю. В 1712 году инженер Иоганн Бесслер проанализировал более 300 подобных изобретений и решил создать собственный перпетум мобиль.

В итоге, в 1775 году члены королевской академии наук в Париже издали указ о том, что не будут принимать какие-либо изобретения, которые ассоциируются с тематикой вечного двигателя.

Мысленные эксперименты

В теоретической физике часто используют мысленные эксперименты, с помощью которых стараются проверить фундаментальные физические законы. Касательно темы вечных двигателей, можно назвать следующие проекты:

• Демон Максвелла. Речь идет о нарушении второго закона термодинамики, когда гипотетический демон разделяет смесь газов. Этот мысленный эксперимент позволяет понять суть энтропии системы.

• Вечный двигатель Ричарда Фейнмана, который выполняет работу за счет термических флуктуаций и поэтому может работать вечно. В действительности он будет работать до тех пор, пока окружающая среда имеет более высокую температуру, чем сам двигатель.

Окончательно ли мертва надежда создать вечный двигатель

Мы не можем с уверенностью утверждать, что никогда не будет придумано механизма, способного работать вечно, поскольку человечество еще многого не знает о Вселенной, в которой живет. Возможно, будет открыт вид экзотической материи, например, черная материя в космосе, о которой почти ничего неизвестно. Поведение этой материи может заставить пересмотреть законы термодинамики. Эти законы являются настолько фундаментальными, что любое их изменение по своим масштабам будет аналогично влиянию теории Альберта Эйнштейна на законы классической механики Исаака Ньютона и на развитие физики в целом. Также возможно, что вечное движение существует в объектах, поведение которых подчиняется квантовой механике.

сил — Почему атом (не)вечный двигатель?

спросил

5 лет, 11 месяцев назад

Изменено 5 лет, 11 месяцев назад

Просмотрено 479 раз

$\begingroup$

Почему атом не вечный двигатель? Почему вечное движение и взаимодействие элементарных частиц (не) считают вечным двигателем? В самом широком смысле этого слова.

• силы
• атомы
• вечное движение

$\endgroup$

7

$\begingroup$

Физически нет ничего плохого в постоянном движении. Вполне естественно иметь электрон с угловым моментом вокруг ядра в течение бесконечного промежутка времени, и я бы назвал это вечным движением.

Точно так же, если бы на пути не было ничего, например, других планет (или если бы Солнце не стало сверхновой) или чего-то еще, Земля вечно вращалась бы вокруг Солнца. Он находится в вечном движении вокруг солнца.

Еще один пример: пушечное ядро, вылетевшее в космос со скоростью, превышающей скорость убегания Земли, Солнца и Млечного Пути, почти наверняка будет находиться в вечном движении, если что-то не встанет на его пути.

Однако во всех этих трех примерах вы не можете свободно собирать бесконечную свободную энергию из этих вещей по причинам, которые должны быть интуитивно понятны вам в случае с землей и пушечным ядром. Если бы вы собирали энергию с земной орбиты, вы бы уменьшили ее орбиту, в конечном итоге заставив ее упасть на солнце. На его орбите хранится конечное количество энергии. Точно так же в пушечном ядре с некоторой скоростью хранится конечное количество энергии, и как только вы соберете всю ее, она станет стационарной в вашей системе отсчета. Эти аргументы приобретают некоторые квантово-механические нюансы, но в конечном счете остаются теми же самыми. На атомной орбитали хранится конечное количество энергии.

---

Редактировать:

Как было указано в комментариях, я не знал фактического определения вечного двигателя. Так что, в конце концов, никакой атом не является вечным двигателем, даже если он находится в постоянном движении.

$\endgroup$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Perpetuum mobile Music In Movement

Аудиозапись Perpetuum mobile в исполнении Эстонского национального симфонического оркестра и Пааво Ярви (Virgin Classics, 2004).

В сентябре 1963 года, только что закончивший консерваторию, Арво Пярт впервые получил возможность принять участие в фестивале современной музыки «Варшавская осень» в Польше. Впечатления и вдохновение, полученные от мероприятия, нашли свое воплощение в оркестровой пьесе Perpetuum mobile , законченный уже в ноябре того же года. Его новая дружба с итальянским композитором-авангардистом Луиджи Ноно (1924–1990), с которым он познакомился на фестивале, вдохновила его посвятить ему сочинение. Уже в октябре, вскоре после фестиваля, Ноно посетил Таллинн и ближе познакомился с музыкой Пярта.

Луиджи Ноно в Таллинне в октябре 1963 года. На фотографии (слева направо): композитор Яан Коха, Луиджи Ноно, музыкальный критик Луиджи Песталоцца и Арво Пярт. Фото: Центр Арво Пярта.

Премьера Perpetuum mobile состоялась всего через месяц после ее завершения, 13 декабря 1963 года в Концертном зале «Эстония» в исполнении Симфонического оркестра Эстонского радио под управлением Неэме Ярви.

Публика запросила повтор, что стало своего рода традицией на последующих представлениях. С помощью Ноно композиция была исполнена в нескольких местах Европы; например, в рамках музыкальной программы Венецианской биеннале 1964 года и на Варшавской осени 1965 года, куда Пярту тоже разрешили путешествовать, хотя и в качестве туриста среди группы студентов. В течение следующих нескольких лет произведение было исполнено почти 20 раз в разных странах. Можно сказать, что она стала прорывом эстонской авангардной музыки в западном мире.

На первый взгляд, Perpetuum mobile (лат. «вечный двигатель») кажется звуковой массой, которая динамично движется к своей кульминации, а затем уходит в тишину. Его можно считать первым сонорным произведением в эстонской музыке. Однако композиция следует очень строгой структуре. Пярт сочетает сериализм со средствами тембровой музыки. Образ вечного движения проявляется в музыке тем, что с каждым следующим тактом вступает новый инструмент или группа инструментов, играющих новую высоту звука на протяжении пассажа определенной длины с новой, постоянно повторяющейся ритмической скоростью.