Человечества - перпетуум-мобиле. Что это такое? Двигатель, который никогда не остановится. Это своего рода красивый миф для представителей псевдонаук. Теоретически доказано, что существование такого двигателя невозможно, но механики-мечтатели не желают с этим соглашаться.

Литература и термодинамика

Итак, перпетуум-мобиле - вечный двигатель, который, согласно первому началу термодинамики, так и останется неосуществимой мечтой человечества. Но если бы такое было возможным, то подобное устройство в соответствующих масштабах (а они будут куда больше, ибо человеческая жадность не знает границ) повлечет за собой перегрев Земли и, соответственно, ужасающие катаклизмы.

Так что лучше эту мечту крепко запечатать на страницах литературы, о чем, собственно, позаботились многие писатели. К примеру, в одном из произведений Шукшина герои говорят о вечном двигателе:

- Что за вечный двигатель?

- Ну этот - перпетуум-мобиле. Нормальный вечный двигатель, который никак не могли придумать ...

Вечные двигатели: современная классификация

Вечный перпетуум-мобиле - это воображаемое изобретение, которое работает больше и потребляет энергии меньше. В современном мире принято разделять такие двигатели на два вида:

1. Вечный двигатель первого рода - это устройство, работающее без затрат энергоресурсов. И конечно, создать такое устройство невозможно.
2. Вечный двигатель второго рода - эта машина при запуске должна превращать в энергию все тепло, что ее окружает. Такой двигатель тоже создать невозможно, исходя из второго начала термодинамики.

После многократных попыток создать двигатели первого и второго рода, к слову говоря, безуспешных, начала термодинамиками решили считать постулатами, что не подвергаются сомнению.

Экскурс в историю

Кто мечтал изобрести перпетуум-мобиле? Как показывают страницы истории, создать такое устройство мечтали все: от простых крестьян до интеллигентных ученых. И даже если сегодня спросить об этом любого современного человека, то он, вне всяких сомнений, скажет, что перпетуум-мобиле - полезная вещь.

Уже с XII века, когда общество начало активно развиваться в самых разных направлениях, люди выяснили, что это такое — перпетуум-мобиле, и начали совершать первые попытки по его созданию. Все началось с водяных колес: смотря на это изобретение, человечество начало желать большей эффективности.

Сейчас уже сложно сказать, где и когда возникла идея создания вечного двигателя. Также невозможно сказать, кто первым подал такую идею. Самые ранние упоминания о вечном двигателе были найдены в записях индийского поэта и математика Бхаскара. Также к нашему времени сохранились арабские рукописи XVI века. Ученые считают, что прародина первых вечных двигателей - Индия. Примерно в 1150 году Бхаскара в одном из своих стихотворений описал колесо с прикрепленными на ободе сосудами с ртутью. Принцип действия первого перпетуум-мобиле достаточно прост. Он основан на том, что в разные моменты действует разная сила тяжести, которая создается жидкостью, что перемещается в сосудах.

В Европе о том, узнали в эпоху развития механики (примерно XIII век). Особо широкого распространения идея о вечном двигателе приобрела в XVI-XVII веках. Количество проектов вечных двигателей росло очень быстро, некоторые из них были созданы и оказались провальными, а некоторые так и остались нарисованными. Например, как чертежи вечного двигателя Леонардо да Винчи.

Спорные вопросы

Каждый физик подтвердит: двигатель, который уже единожды был приведен в движение и удерживается в этом состоянии самостоятельно и постоянно, - это перпетуум-мобиле, что уже является поводом для возникновения множества полемических вопросов.

Одна из самых примечательных проблем - это сохранение вечного движения. То есть двигатель нужно было бы поддерживать в состоянии прочности, ведь как ни посмотри, а физические предметы имеют свойство изнашиваться.

Второй вопрос возник на почве так называемой «внутренней ценности». Ученые постоянно спорили о том, какой двигатель можно назвать вечным. Например, устройство, которое при полной сборке сразу же начнет работать само по себе, или же то, которое необходимо запустить вручную.

В первой половине XIX века Иоганн Фон Поппе сделал интересное для своего времени заключение: «Перпетуум-мобиле - это химера, что завела в трясину безысходности многих ученых. Если понимать под вечным двигателем объект, что все время без дополнительной внешней энергии пребывает в постоянном движении, а значит, не подвергается обычной земной бренности, то каждый разумный человек уяснит для себя, что существование такой вещи невозможно. Но если назвать вечным двигателем прибор, который способен постоянно восстанавливать первопричину своего движения без внешнего вмешательства до момента, пока он не остановится от износа, то его изобретение вполне возможно».

В Средневековье создание вечного двигателя было окутано покровом тайны, из-за чего вокруг возникало множество домыслов и суеверий. Некоторые ученые считали перпетуум-мобиле настолько же значимым, как философский камень.

Неудачные попытки

Самая древняя конструкция вечного двигателя похожа на зубчатое колесо: в его углублениях были прикреплены грузы, что откидывались на шарнирах.

Их геометрия очень проста: грузы с левой части ближе к оси, чем грузы с правой. В теории, согласно закону рычага, это должно было приводить колесо в движение. По замыслу, во время вращения грузы должны были бы откидываться справа и сохранять силу, направленную на движение. Вот только есть одно маленькое «но»: автор не учел того, что грузы справа хоть и имеют более длинный рычаг, уступают по количеству грузам слева, поэтому если такое колесо изготовить, оно будет неподвижным, так как момент силы с двух сторон идентичен.

Этот опыт был не единственным в истории проб и ошибок по созданию вечного двигателя.

Иллюзия

Попытки создавать перпетуум-мобиле — вечный двигатель, фото которого представлены в статье, длились вплоть до конца XVII века. В это время Кардано и Галилей начинают настаивать на том, что создать такое устройство невозможно. Стивен Симон, прислушиваясь к самым противоречивым мнениям, открывает закон о равновесии плоскости наклона. Это позволило обосновать закон сложения трех сил по треугольнику. На основании новых законов и результатов экспериментов к концу XVIII века основная часть ученых делает вывод о том, что перпетуум-мобиле - это всего лишь несбыточная иллюзия, размышлениями о которой развлекаются физики на досуге.

Сегодня по этому вопросу проводится много споров и дебатов. Возможно, в далеком будущем мечта станет реальностью, а пока что остается только думать о том, как будет выглядеть вечный двигатель и чем он поможет человечеству.

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 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 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 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.

Идея вечного двигателя волновала человечество с глубокой древности. Среди изобретателей вечного двигателя были и ученые, которые искренне верили в возможно...

От Masterweb

Золотой мечтой человечества во все века было создать такое устройство, которое производило бы работу, ничего при этом не потребляя и не расходуя собственных ресурсов, - вечный двигатель (перпетуум мобиле на латыни).

Первые описания подобного устройства встречаются в древних арабских и индийских рукописях.

Возникает вопрос: перпетуум мобиле - что это такое?

Двигатель Бхаскары

Индийский астроном и математик Бхаскара, живший в XII веке и написавший ряд дошедших до нас работ по астрономии и математике, предложил один из первых вариантов перпетуум мобиле. Описание вечного двигателя дошло до нас в одном из его стихотворений. Вечный перпетуум мобиле представлял собой колесо, к диагональным спицам которого были прикреплены сосуды со ртутью. При вращении колеса ртуть перетекает в сосудах, изменяется центр тяжести, и колесо должно вращаться само по себе непрерывно.

Перпетуум мобиле - что это такое? Цель, к которой надо стремиться, или нечто невозможное?

Изобретатели вечного двигателя

Счет изобретателям вечного двигателя идет на тысячи. Попытки создать его предпринимали и великие люди. Среди эскизов Леонардо да Винчи был обнаружен эскиз перпетуум мобиле. Никола Тесла и Майкл Фарадей тоже пытались создать такое устройство.

В XVIII веке алхимик и инженер Иохан Бесслер, известный также как Орфиреус, создал "действующую" модель вечного двигателя. Устройство представляло собой деревянное колесо, обтянутое тканью, с осью в центре, которое вращалось в запертой пустой комнате 14 дней. "Самодвижущиеся колесо" произвело сенсацию в обществе. Им заинтересовался даже Петр Первый, когда молва дошла до России. Орфиреус категорически отказался раскрыть секрет своего изобретения. Служанка Бесслера, поссорившись со своим хозяином, рассказала, что колесо двигали она и брат алхимика, дергая за шнурок из соседней комнаты.

В зависимости от развития науки изобретатели пытались создать двигатели с использованием магнитов, электрических батареек, водяных струй.

Аббат Джузеппе Дзамбони создал "вечный электромотор" на основе сухой батарейки без использования кислоты. Маятник на батареях Дзамбони работал несколько десятилетий, уже после смерти изобретателя.

В 1775 г. французская академия наук объявила, что не будет рассматривать более проблемы вечного двигателя и квадратуры круга.

Варианты вечных двигателей

Перечень конструкций вечных двигателей можно долго продолжать. С развитием радиотехники и электроники изобретатели пытались использовать для этого элементы электрических и радиосхем.

Среди интересных вариантов:

Водяной винт Роберта Флада. Водяное колесо, продолжающее молоть зерно под действием рециркулирующей воды. Вечные часы Кокса, которые, по его словам, были созданы на основе механических и философских принципов. Батарейка Карпена, которая была создана в 50-х годах прошлого века и до сих пор выдает напряжение. Электрическая машина Ньюмана, которая, по его заявлению, выдает больше энергии, чем было затрачено. НЛО-двигатель Отиса Карра, который использует неизвестную науке гравитационную энергию.

Вечные двигатели первого рода

С развитием теоретической термодинамики было сформулированы три ее основных начала. В соответствии с началами термодинамики и определятся род перпетуум мобиле. Первое начало термодинамики описывает закон сохранения энергии.

И вечные двигатели, способные работать и производить энергию, ничего не потребляя, называются двигателями первого рода. Закон сохранения энергии является фундаментальным. Природа запрещает существование вечных двигателей первого рода.

Вечные двигатели второго рода

Второе начало термодинамики - это принцип, описывающий направление передачи тепла между телами. Он описывается постулатами Клаузиуса и Томсона, которые запрещают передачу тепла от менее нагретого тела к более нагретому.

Вечными двигателями второго рода называют двигатели, которые используют для работы внутреннюю теплоту (энергию) замкнутой системы. Вечные двигатели второго рода - устройства достаточно хитроумные. В них не сразу можно рассмотреть нарушение физических законов. Подчас они носят очень наукообразные названия. Например, параметрическая электромашина, преобразователь тепла в электричество, мотор-альтернатор, система, создающая мощность из энергии электростатического поля, и т. п. Суть от этого не меняется.

Демон Максвелла

Для иллюстрации второго начала термодинамики и для объяснения что это такое - перпетуум мобиле, Джеймс Максвелл придумал некое фантастическое существо, которое находится в замкнутом объеме и, как мячики для пинг-понга, бросает молекулы с большой температурой в одну сторону сосуда, а с маленькой температурой - в другую. В результате одна часть сосуда нагревается, а другая охлаждается без использования дополнительной энергии. Если пренебречь энергией, которую должен получать демон Максвелла, перед нами практически вечный двигатель. Остается придумать такого демона, который бы согласился работать, ничего не потребляя. Образ демона Максвелла встречается и в литературе. В романе братьев Стругацких "Понедельник начинается в субботу" демоны Максвелла открывают и закрывают двери НИИЧАВО. Кен Кизи использовал этот образ для демонстрации взаимоотношений добра и зла в человеческом обществе. Демон Максвелла "первого рода" есть и у Станислава Лема.

Устройства, которые работают вечно, продолжают изобретать до сих пор. И некоторым удается даже получить патент. Правда, патентные бюро избегают наименования "вечный двигатель", но суть от этого не меняется. Так, в 2005 г. американец Борис Вольфсон запатентовал некое устройство на основе антигравитации, которое, ничего не потребляя, создавало бы силу тяжести на борту космических кораблей, а в 1995 г. американский патент получил наш соотечественник Александр Фролов за "устройства для создания полезной работы без применения внешних источников".

Омский Государственный Университет

Вечный двигатель

Perpetuum mobile

Реферат по курсу концепции современного

естествознания

студента группы Э-61

экономического факультета ОмГУ

Бубнова Андрея

Омск

Мартын. Что такое perpetuum mobile ?

Бертольд. Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому... видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото - задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное, но найти perpetuum mobile ... О!...

А. С. Пушкин . “Сцены из рыцарских времён”

Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу.

Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, то есть такой двигатель в котором в результате превращения энергии одного вида её получается больше, чем было.

Закон сохранения и превращения энергии является основным в современном естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет следующие отличительные разновидности: механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и др. Каждая из них может превращаться друг в друга, причём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энергии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальной системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды этой энергии, испытывая взаимные превращения.

Закон сохранения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал: “...так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; ...Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”.

Многие изобретатели пытались построить машину - вечный двигатель, способную совершать полезную работу без каких-либо изменений внутри машины. Все эти попытки заканчивались неудачей.

Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile ) - воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время. Каждая машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого промежутка времени полностью израсходует имевшийся в ней запас энергии на преодоление сил сопротивления и должна остановиться, так как продолжение работы означало бы получение энергии из ничего.

Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно : “ Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какого-нибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.”

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

1). подъём воды с помощью архимедова винта;

2). подъём воды с помощью капилляров;

4). природные магниты;

5). электромагнетизм;

6). пар или сжатый воздух.

Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.

Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря горе-изобретателям, основана на применении колеса с неуравновешенными грузами.

К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрётся ось. Так думал неизвестный изобретатель. Но этого не будет происходить, и вот почему: хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается, следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.

Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия - Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф Гессен-Кассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении. Однако Орфиреус соглашался продавать машину не менее чем за 100000 рублей, из чего следует, что он получал весьма не маленький доход от нее. Он был, пожалуй, самым удачливым авантюристом, так как безбедно прожил до старости, получая немалый доход от показа машины. Однако его “вечный двигатель” оказался далеко не вечным - его приводили в действие брат и служанка, дёргая за искусно спрятанный шнурок.

Другим примером вечного двигателя может служить следующая машина. Масло или вода, налитое в сосуд, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями - ещё выше; верхний сосуд имеет жёлоб для стока масла, которое падает на лопатки винта, приводя его во вращение. Стёкшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобку на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении... Но здесь кроется ошибка: почему изобретатель думает, что масло должно стекать вниз с верхней, загнутой части фитиля? Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю; но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд мнимой вертушки от действия капиллярных сил может просочиться жидкость, то надо будет признать, что те же фитили могут перенести её обратно в нижний с помощью тех же сил.

Этот проект напоминает другой, изобретённый ещё в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, и затем повторявшийся во многочисленных вариациях. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает... тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо - винт!..

В истории изобретений вечного двигателя магнит сыграл не последнюю роль. Вот пример такого двигателя, описанного в XVII веке епископом Джоном Вилкенсоном.

Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных жёлоба, один под другим, причём верхний

имеет небольшое отверстие в верхней части, а нижний изогнут. Если на верхний жёлоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жёлоб, скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадёт на верхний жёлоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение.

Здесь сразу видна вся абсурдность этого изобретения. Почему шарик будет скатываться вниз? Он скатывался бы, если бы был только под действием силы тяжести. Но на него действует магнит, который тормозит его спуск, и следовательно, шарик не будет иметь достаточно энергии для того, чтобы подняться по закруглению и начать цикл сначала.

Большую популярность получила у изобретателей вечного двигателя идея соединения динамо-машины с электромотором. Все подобные проекты сводятся к следующему - надо шкивы динамо-машины и электромотора соединить ремнём, а провода от динамо-машины подвести к электромотору. После первоначального импульса машины начнут вырабатывать энергию, и это будет продолжаться до бесконечности. Здесь всё сводится к тому, что если бы не было трения, они бы действительно вращались вечно. Но странно, что изобретателям не приходит в голову другой проект - соединить два шкива ремнём и дать толчок. Первый шкив, вращаясь, будет двигать второй, а второй, в свою очередь, сообщать энергию на движение первому.

Все вышеприведённые двигатели являлись двигателями первого рода, то есть такими двигателями, которые нарушают первое начало термодинамики. Согласно первому закону термодинамики мы имеем

Любая машина может совершать работу над внешними телами только за счёт получения извне количества теплоты Q (то есть энергии) или уменьшения своей внутренней энергии D U.

Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя.

Возможность создания такой машины, называемой вечным двигателем второго рода, не противоречит первому закону термодинамики. Однако все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что создание вечного двигателя второго рода, является столь же неразрешимой задачей, как и изготовление вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго основного постулата - второго закона термодинамики.

Теплопередача самопроизвольно происходит только в одном направлении - от горячего тела к холодному. Значит, чтобы энергия теплового движения молекул воды мирового океана превратилась в механическую энергию, необходимо иметь рабочее тело, температура которого ниже температуры воды в океане.

Из этого следует, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без каких-либо других изменений в природе. Иначе говоря, невозможно построить периодически действующую машину, которая непрерывно превращала бы теплоту в работу только за счёт охлаждения одного тела, без того чтобы в окружающих телах не произошло одновременно каких-либо изменений.

Физический смысл второго закона термодинамики заключается в том, что энергия теплового движения молекул вещества в одном отношении качественно отличается от всех других видов энергии - механической, электрической, химической, ядерной и т.д. Это отличие заключается в том, что энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой вид энергии, в том числе в энергию теплового движения. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. В результате этого любой физический процесс в котором происходит превращение какого-либо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т.е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении.

Перпетуум мобиле - вечный двигатель - романтическая мечта подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, вот-вот должны были заработать, но почему-то оставались в неподвижности; разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов... Но из-за чего всё это происходило? Из-за незнания элементарных физических законов, из-за желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какая-то тайна, что-то, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек...

Литература

Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.

Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы. М., 1991.

Краткий Политехнический Словарь. М., 1956.

Орд-Хьюм А. Вечное движение. М., 1980.

Перельман Я. И. Занимательная физика. М., 1991.

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.