Когда не до законов: физика vs вечные двигатели

Search

30.04.2022

Время на чтение 5 мин.

На этой неделе СМИ сообщили новость, удивившую многих: Роспатент выдал свидетельство на проект вечного двигателя. Хотя произошло это еще в августе 2020 года, факт завирусился только сейчас. Автор проекта ищет деньги на его практическое воплощение, а на вопрос, каким образом работает его вечный двигатель, отвечает, что он «использует для своей работы экологически чистую, возобновляемую энергию силы инерции центростремительного ускорения жидкости». Что означает этот набор слов, не поясняется.

Бессердечная термодинамика

Не существует целых два вида вечных двигателей. Вечный двигатель первого рода бесконечно совершает работу, не тратя на это энергию. Против создания подобного устройства выступает первое начало термодинамики, постулирующее закон сохранения энергии. Чтобы совершить какую-то работу, нужно потратить энергию, что противоречит идее подобного двигателя.

Чтобы обойти ограничения, наложенные первым началом термодинамики, придумали вечный двигатель второго рода. Это такой тепловой двигатель, который запускается и работает неограниченно долго, преобразуя в работу всю теплоту, получаемую из окружающей среды. К сожалению, и тут термодинамика обломала все веселье. Согласно ее второму начало, в замкнутой системе энтропия (то есть мера беспорядка) либо остается неизменной, либо возрастает. Простыми словами это означает, что тепло может передаваться от более нагретого тела к более холодному, а наоборот, как этого требует вечный двигатель второго рода, не может. Кроме того, невозможно достичь стопроцентного коэффициента полезного действия — часть энергии всегда будет уходить на что-нибудь бесполезное. В общем, вечный двигатель второго рода тоже неосуществим.

Но, может быть, сама термодинамика ошибается? Увы, все три ее начала настолько фундаментальны, что на них основано множество физических законов, многократно проверенных экспериментально. В школах часто показывают такой эксперимент: в начале урока ставят рядом два стакана — с кипятком и холодной водой. Через какое-то время горячая вода охлаждается, а холодная — нагревается. Это и есть второй закон термодинамики: если не предпринимать дополнительных усилий и не ставить стаканы в холодильник, то температура переходит от нагретого тела к холодному, но не наоборот.

Нужно упомянуть, что все же есть «вечные» двигатели, которые можно построить без конфликта с законами физики. Если устройство постоянно получает энергию от солнца или ветра — по сути, вечных источников — то оно будет работать до тех пор, пока не сломается. Или пока солнце не погаснет.

Невозможность вечного двигателя очевидна настолько давно, что еще в 1775 году Французская академия наук решила больше не рассматривать проекты таких устройств. Американское патентное ведомство пришло к такому же решению век назад. Впрочем, в Международной патентной классификации, созданной в 1971 году, раздел для гидродинамических и электродинамических вечных двигателей оставили. Видимо, в надежде на чудо.

Вечное колесо

По всей видимости, проект одного из древнейших вечных двигателей, дошедших до нас, принадлежит индийскому математику Бхаскаре II.

В своем труде «Венец учения» Бхаскара описывает колесо с прикрепленными наискось длинными узкими сосудами, заполненными ртутью. Ртуть перемещалась в сосудах под действием силы тяжести, тем самым заставляя устройство вращаться. Разумеется, вечно оно вращаться не может. Однако вращающее колесо оставалось продуктивной идеей для изобретателей вечных двигателей. Например, в 1712 году немецкий изобретатель Иоганн Бесслер, предпочитавший псевдоним Орфиреус, представил свое колесо. Как он утверждал, оно приводилось в действие положением, расположением и перемещением его собственных скрытых весов, могло перемещаться грузы и находится в движении неограниченно долго.

Орфиреус охотно демонстрировал свое колесо всем желающим, в том числе на ярмарках, отчего получал неплохой доход. Одно время изобретением даже интересовался Петр I, который хотел купить его за сто тысяч талеров (каждый талер — это, на минуточку, 20 граммов чистого серебра, так что сумма огромная). Но в 1725 году Петр умер, так и не сподобившись посетить Германию и осмотреть колесо.

А вот Карл, ландграф Гессен-Кассельский устроил колесу испытание. Устройство поместили в комнату, запустили, заперли на две недели и приставили охрану. Когда комнату снова открыли, колесо вращалось с той же скоростью, что и сразу после запуска. Тогда колесо снова закрыли, но уже на 40 дней. И вновь по прошествии этого срока оно вращалось с неослабевающей быстротой.

Впрочем, секрет оказался прост. Орфиреус как-то поссорился со своими домашними, которые и выболтали его секрет. Оказалось, что колесо приводилось в действие людьми, незаметно дергавшими за тайный шнурок. Провернуть такую аферу под носом у правителя было дельцем хлопотным, но, видимо, того стоило. До конца жизни Орфиреус утверждал, что его оклеветали.

Как важно учить физику

Казалось бы, в современный просвещенный век, когда космические корабли бороздят просторы Вселенной, продать кому-то вечный двигатель — совсем уж утопическая задача. Оказывается, нет.

В 2004 году инженер из ЮАР Майкл Брейди основал компанию Perendev, которая планировала уже в 2005 году заняться изготовлением двигателей на постоянных магнитах, работающих без топлива. Первое начало термодинамики вышло из чата, но сорок людей, очевидно, прогуливавших физику в школе, внесли предоплату на сумму в миллион евро. И стали ждать своих вечных двигателей.

А вот Брейди ждать не стал. Он тут же объявил себя банкротом и со всеми деньгами отправился кутить в Швейцарию. Там его и арестовали в 2010 году.

Можно обмануть людей, но физику — никогда.

Другие статьи

Вечный двигатель

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Презентация
• Наградные документы

Смирнова А.А. 1

---

1МОУ — СОШ ПОС. ЧАЙКОВСКОГО

Шашлова Т.А. 1

---

1МОУ — СОШ ПОС. ЧАЙКОВСКОГО

---

---

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяДиплом участника II этапаДиплом за подготовку участника II этапаДиплом лауреата II этапаДиплом за подготовку лауреата II этапа

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

 

Изучая на уроках физики тему «Основы термодинамики», меня особо заинтересовал вопрос о вечном двигателе, и я решила изучить эту тему более подробно.

Актуальность данного исследования заключается в том, что технология вечного двигателя привлекала людей во все времена. Сегодня она считается скорее псевдонаучной и невозможной, нежели наоборот, но это не останавливает людей от создания все более диковинных штуковин и вещиц в надежде нарушить законы физики и произвести мировую революцию.

Что же касается вечного двигателя — «perpetuum mobile», — то, несмотря на открытие в середине XIX века закона сохранения энергии, полностью исключающего возможность создания такого устройства, попытки работы в этой области продолжаются и в наши дни. Повышение интереса к проблеме «вечного двигателя» в последнее время не случайно.

Оно определяется не только современной ситуацией в энергетике, но и актуальными проблемами экологии, тесно с ней связанными. Планета Земля не вечна, ее ресурсы истощаются, и людям нужно искать другие источники материалов.

В связи с этим я выдвинула гипотезу о том, какое значение в науке имеет вечный двигатель. Возможно ли создание такого двигателя, одного из нетрадиционных источников энергии.

Цель моей работы: узнать, что же такое вечный двигатель, какие виды вечного двигателя существуют и можно ли его создать.

Задачи:

Выяснить, что такое вечный двигатель.

Рассмотреть более подробно некоторые модели вечных двигателей.

Сконструировать и провести испытания вечного двигателя.

Практическая значимость темы объясняется повышенным интересом к проблеме создания вечного двигателя и созданию альтернативных источников, заменяющих его.

Объект исследования: вечный двигатель.

Предмет исследования: происхождение вечного двигателя и его концепции.

Проблематика: возможно ли создание вечного двигателя.

Основная часть

Понятие вечного двигателя

Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое неограниченно долго действующее устройство, позволяющее получать большее количество полезной работы, чем количество сообщённой ему извне энергии (вечный двигатель первого рода) или позволяющее получать тепло от одного резервуара и полностью превращать его в работу (вечный двигатель второго рода) (1).

Современная классификация вечных двигателей такова:

Вечный двигатель первого рода — неограниченно долго действующее устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.

Вечный двигатель второго рода — неограниченно долго действующая машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики.

И первое, и второе начала термодинамики были введены как постулаты после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у учёных не остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно. В частности, второе начало термодинамики может быть сформулировано как один из следующих постулатов:

Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счёт охлаждения теплового резервуара.

Постулат Клаузиуса — самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к более горячим невозможен.

Демон Максвелла и броуновский храповик, если бы такие устройства были осуществимы, позволили бы реализовать вечный двигатель второго рода. Однако доказано, что работа таких систем как замкнутых (без обмена энергией с внешней средой) невозможна.

История создания вечных двигателей

Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о двигателе относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия.

Так, Бхаскара в своём стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикреплёнными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью.

Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики, приблизительно к XIII веку. К XVI—XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран.

Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, как путем усовершенствования уже имеющихся моделей, так и пытаясь создать что-то принципиально новое. В конце концов разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное.

Различные виды вечных двигателей

Большое внимание, которое уделяли изобретатели вечного двигателя попыткам использовать для них гидравлику, конечно, не случайно.

Хорошо известно, что гидравлические двигатели были широко распространены в средневековой Европе. Водяное колесо служило, по существу, основной базой энергетики средневекового производства вплоть до XVIII в.

Вечные двигатели обычно конструировали на основе использования следующих приёмов или их комбинаций:

– подъём воды с помощью архимедова винта;

– подъём воды с помощью капилляров;

– использование колеса с не уравновешивающимися грузами;

– природные магниты;

– электромагнетизм;

– пар или сжатый воздух.

Самая древняя модель вечного двигателя, упоминается в рукописи XII века Бхаскары.  Колесо, с прикрепленными к нему по периметру трубками, наполовину заполненными ртутью. Считалось, что за счет перетекания жидкости, колесо будет само по себе вращаться бесконечно. Принцип действия этого первого вечного двигателя был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. При легком вращении ртуть начинает двигаться по направлению, тем самым приводя колесо в состояние дисбаланса. Пытаясь достичь покоя, колесо будет находиться в постоянном движении.

Бхаскара позаимствовал дизайн своего вечного двигателя у знаменитого круга вечного возвращения и никогда не пытался построить описанное им устройство. Возможно, он даже не задумывался, насколько реальна его конструкция, — для Бхаскары это была всего лишь удобная математическая абстракция. Попытка создать вечный двигатель была безуспешной, т. к. сумма моментов силы тяжести равна нулю. Для запуска колеса необходимо приложить силу, но колесо не будет вращаться вечно. (3)

Колесо Бхаскары

Н е менее старая модель вечного двигателя, это колесо с перекатывающимися в нем тяжелыми шариками. При любом положении колеса грузы на правой его стороне будут находиться дальше от центра, чем грузы на левой половине. Поэтому правая половина должна всегда перетягивать левую и заставлять колесо вращаться. Значит колесо должно вращаться вечно.

Колесо с шариками

Исследовательская часть

Человеческая натура такова, что испокон веков люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Изучая различные источники информации, мне стало интересно, а можно ли вообще сделать вечный двигатель и что он под собой подразумевает. И сколько будет работать колесо, если попробовать воссоздать уже существующие модели?

Конструирование и испытания колеса Бхаскара

Изучив литературу по созданию колеса Бхаскара, мы с папой приступили к его конструированию. Правда мы внесли некоторые изменения в конструкцию, взяв вместо ртути обычную воду и поменяв трубки на пластиковые бутылки.

На колесо от велосипеда с 36 спицами мы прикрепили по всему ободу пластиковые бутылки – 6 штук, заполнив их водой объемом 750 мл. Эту конструкцию жестко закрепили в центре колеса и начали эксперимент. (Приложение 1). Колесо в результате одинаково вращалось и по и против часовой стрелки. Один раз выведя его из положения равновесия наш «вечный двигатель» смог вращаться 8 секунд!

Следующий эксперимент мы провели с феном, создавая поток воздуха от него и заставляя колесо вращаться. Время его вращения увеличилось ровно на столько пока действовал воздушный поток.

Вечный двигатель у нас конечно не получился, но прикоснуться к созданию таких машин было очень интересно.

Конструирование и испытания механического двигателя

Следующее колесо, которое мы воссоздали, это было колесо с шариками. Нам понадобился плотный картон, оргстекло, шарики.

Из картона и оргстекла мы вырезали круг диаметром 22 см. На одинаковых расстояниях расположили семь направляющих для движения шариков и закрепили эту конструкцию. Шарики в наше колесо были взяты из подшипника в количестве 7 штук. (Приложение 2). Начали эксперимент. Но наш «вечный двигатель» не хотел вращаться бесконечно. Хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, чем грузы на левой стороне, число этих грузов было меньше ровно настолько, чтобы сумма сил тяжести грузов на плечо этих сил (проекция радиуса, перпендикулярная к направлению силы тяжести) справа и слева были равны.

Заключение

Все проекты механических perpetuum mobile как с жидкими, так и с твердыми грузами, в сущности, повторяли одну и ту же идею: создать так или иначе постоянный перевес одной стороны колеса над другой и тем заставить его непрерывно вращаться.

Тогда вечный двигатель должен совершать полезную работу, не имея никаких внешних источников энергии. Проще сказать, в нем не должно сжигаться топливо и к нему не должны прикладываться механические усилия. Чтобы вечный двигатель мог работать, он должен сам себя обеспечивать энергией. Иначе говоря, он должен вырабатывать ее в достаточном количестве, не имея никакого внешнего источника.

Существует ряд свидетельств, что именно поиски такой нереализуемой машины заложили фундамент механики как науки. Великие ученные прошлого приняли как аксиому невозможность создания Perpetuum Mobile и тем помогли пробиться росткам новой науки. Закон сохранения энергии стал неизбежным препятствием для изобретателей Perpetuum Mobile.

Значение «вечного двигателя» как источника энергии весьма велико. Если бы у нас был такой двигатель, то, автоматизировав многие процессы, человечество могло бы перейти от физического труда к умственному, к творчеству. Мы могли бы получать энергию в любых количествах, в зависимости от мощности генерирующей установки.

Ученые говорят, что создать вечный двигатель невозможно, но люди, не обращая внимания на их высказывания, продолжают пытаться создать Perpetuuum Mobile. Я же соглашаюсь с мнением ученых, но верю, что изобрести такой механизм, который будет работать очень долго под силу человеческим возможностям.

Список литературы

Большая Советская Энциклопедия / ред. О.Ю. Шмидт. — М.: Советская Энциклопедия, 1992. — 921 c.

Бродянский В.М. Вечный двигатель — прежде и теперь. — Гостехиздат, ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 264с.

Перельман, Я.И. Занимательная физика. Книга первая / Я.И. Перельман. — М.: Центрполиграф, 2017. — 252с.

https://salik.biz/articles/34675-osnovnye-modeli-vechnogo-dvigatelja.html

П риложение 1

Подготовка к конструированию

 

Процесс заполнения сосудов водой

Собираем установку

Установка в действии

Приложение 2

Н ачало работы

Колесо с шариками

Просмотров работы: 5041

ньютоновской механики.

Можно ли создать вечный двигатель в среде без воздуха, трения и рассеяния?

спросил 2 года 11 месяцев назад

Изменено 2 года, 11 месяцев назад

Просмотрено 263 раза

$\begingroup$

Вечный двигатель не работает, потому что когда он движется, молекулы воздуха сталкиваются с ним и замедляют его. Трение замедляет его аналогичным образом. Если бы не было сил его затормозить, смог бы он сработать?

• ньютоновская механика
• трение
• сопротивление
• диссипация
• вечное движение

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Это был бы пример того, что википедия называет вечным двигателем третьего рода, машиной, не производящей лишней энергии, но способной двигаться длительное время за счет уменьшения потерь. Потери не обязательно должны быть сопротивлением воздуха, поэтому удаление (насколько это возможно) воздуха не устраняет все потери.

В Википедии есть список некоторых примеров систем с малыми потерями. Ни одна система не идеальна, и в конечном итоге потери накапливаются, хотя может потребоваться астрономическое время, прежде чем потери станут значительными. В основном идея «устранения всех сил» является идеалом, практически недостижимым. Даже когда такие системы приближаются к идеалу, они все равно содержат конечное количество извлекаемой энергии. Любая попытка удалить больше энергии, чем это конечное количество, потерпит неудачу.

$\endgroup$

$\begingroup$

Да, если бы не было диссипативных сил, вечный двигатель был бы возможен. Дело в том, что диссипативные силы есть всегда. Даже вакуум космического пространства не совсем пуст. Цитируя Википедию, «он содержит частицы с низкой плотностью, преимущественно плазму водорода и гелия, а также электромагнитное излучение, магнитные поля, нейтрино, пыль и космические лучи». Столкновение с частицами в конечном итоге рассеет энергию движущегося объекта, хотя и очень-очень медленно.

Надеюсь, это поможет.

$\endgroup$

$\begingroup$

Нет, если только вы не отбросите квантовую механику. Это потому, что, даже если бы не было сопротивления воздуха или трения или чего-то еще по какой-то причине, благодаря операторам в гамильтоновой системе kf, имеющей коммуникационное отношение между ними, можно увидеть, что даже при очень слабой связи с окружающей средой вы иметь диссипацию. Теперь вы можете сказать, что можете полностью удалить связь, но это невозможно, поскольку это означает, что машина не взаимодействует с электромагнитными волнами или гравитационными волнами (в основном не имеет массы) или любым другим полем как таковым. Это просто означало бы, что машина не сделана ни для чего, и вы не можете ее «увидеть».

$\endgroup$

4

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 и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.

Почему вечный двигатель невозможен? | по космосу | июнь 2023 г.

Почему вечный двигатель невозможен? | по космосу | июнь 2023 г. | Medium 5 min read

·

9 июня

В ходе истории не раз возникала идея двигателей, которые бы отдавали больше энергии, чем получали. Действительно, если бы такой двигатель можно было бы изобрести, можно было бы решить очень большую часть проблем человечества. Однако все попытки создать вечный двигатель не увенчались успехом. В этой статье я рассмотрю несколько наиболее характерных моделей вечного двигателя, а также фундаментальные причины, делающие вечный двигатель невозможным в принципе.

Автор Space

1,5 тыс. подписчиков

Мы команда астрофизиков из Украины. Мы уже много лет работаем над подобной платформой на родном языке. Но война все изменила.

Еще из космоса

Крупнейшее мошенничество в современной физике

В начале 21-го века экспериментальная физика совершила поразительный прорыв благодаря работе Яна Хендрика Шёна.

·4 минуты чтения·1 июня

Почему Никола Тесла отрицал теорию относительности?

Недавно я разговаривал с инженером, который во время курса физики не освоил теорию относительности. Он, для каких-то идеологических…

·5 минут чтения·30 мая

Почему Эйнштейн решил, что скорость света абсолютна?

Недавно один из читателей прислал мне следующий вопрос:

·4 минуты чтения·24 июня

Как физики придумали формулу мВ²/2?

Формула кинетической энергии, мВ²/2, является одним из фундаментальных физических уравнений, описывающих энергию движущегося объекта. Несмотря на…

·3 мин чтения·13 июня

Просмотреть все из космоса

Рекомендовано из среды

Уилл Локетт

в

Катастрофическая нефтегазовая дилемма Норвегии

Они лицемерны или прагматичны ?

·7 минут чтения·5 дней назад

Итан Сигел

в

Все пространство-время пульсирует гравитационными волнами

После 15 лет наблюдения 68 объектов, известных как миллисекундные пульсары, мы нашли Фоновый сигнал гравитационной волны Вселенной!

·12 мин чтения·5 дней назад

Списки

ChatGPT

21 история·36 сохранений

ChatGPT подсказки

17 историй·79 сохранений

Регламент ИИ

6 рассказов·23 сохранения

Генеративный ИИ, рекомендуемый к прочтению

52 рассказа·57 сохранений

16 прекрасных математических фильмов, которые каждый должен посмотреть хотя бы раз в жизни

Экзистенциальный философ Мерло Понти говорит: «Фильм не мыслится, он воспринимается».