Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сайт учителя физики Агаповой Инги Сергеевны ->

—>Сайт учителя физики Агаповой Инги Сергеевны —>

—>

статьи [5]
ОПЫТЫ [3]
ЗВУК [6]
ТЕПЛОТА [3]
СИЛА ТЯГОТЕНИЯ [3]
ЗАДАЧА [1]
ОПТИКА [1]
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА [3]
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО [2]
УЧЕНЫЕ [3]

—>

Зарег. на сайте

Всего: 1613
Новых за месяц: 0
Новых за неделю: 0
Новых вчера: 0
Новых сегодня: 0

Из них

Парней: 698
Девушек: 915

Каталог статей


Вечный двигатель первого рода

Вечный двигатель, перпетуум-мобиле (латинское perpetuum mobile переводится вечное движение) — воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. Возможность работы такой машины неограниченное время означала бы получение энергии из ничего.

Идея вечного двигателя возникла в Европе, по-видимому, в XIII веке (хотя существуют свидетельства, что первый проект вечного двигателя предложил индиец Бхаскара в XII веке). До этого проекты вечных двигателей неизвестны. Их не было у греков и римлян, которые разработали множество эффективных механизмов и заложили основы научных подходов к изучению природы. Ученые предполагают, что дешевая и практически неограниченная рабочая сила в виде рабов тормозила в античности разработку дешевых источников энергии.

Почему люди так упорно хотели построить вечный двигатель?

В этом нет ничего удивительного. В XII-XIII веке начались крестовые походы и европейское общество пришло в движение. Стало быстрее развиваться ремесло и совершенствоваться машины, приводящие в движение механизмы. В основном это были водяные колеса и колеса, приводимые в движение животными (лошадьми, мулами, быками, ходившими по кругу). Вот и возникла идея придумать эффективную машину, приводимую в движение более дешевой энергией. Если энергия берется из ничего, то она ничего не стоит и это крайний частный случай дешевизны — даром.

Еще популярнее идея вечного двигателя стала в XVI-XVII веках, в эпоху перехода к машинному производству. Число известных проектов вечного двигателя перевалило за тысячу. Создать вечный двигатель мечтали не только малообразованные ремесленники, но и некоторые крупные ученые своего времени, так как тогда не существовало принципиального научного запрета на создание такого устройства.

Уже в XV-XVII веке прозорливые естествоиспытатели, такие как Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Симон Стевин, Галилео Галилей сформулировали принцип: «Создать вечный двигатель невозможно». Симон Стевин был первым, кто на основе этого принципа вывел закон равновесия сил на наклонной плоскости, что привело его в конце концов к открытию закона сложения сил по правилу треугольника (сложение векторов).

К середине XVIII века, после многовековых попыток создать вечный двигатель, большинство ученых стали считать, что сделать это невозможно. Это был просто экспериментальный факт.

С 1775 года Французская академия наук отказалась рассматривать проекты вечного двигателя, хотя и в это время у французских академиков не было твердых научных оснований принципиально отрицать возможность черпать энергию из ничего.

Невозможность получения дополнительной работы из ничего была твердо обоснована лишь с созданием и утверждением как всеобщего и одного из самых фундаментальных законов природы «закона сохранения энергии».

Сначала Готфрид Лейбниц в 1686 году сформулировал закон сохранения механической энергии. А закон сохранения энергии как всеобщий закон природы сформулировали независимо Юлиус Майер (1845), Джеймс Джоуль (1843–50) и Герман Гельмгольц (1847).

Врач Майер и физиолог Гельмгольц сделали последний важный шаг. Они установили, что закон сохранения энергии справедлив для животных и растений. До этого существовало понятие «живая сила» и считалось, что для животных и растений законы физики могут не выполняться. Таким образом, закон сохранения энергии был первым принципом, установленным для всей познанной Вселенной.

Последним штрихом в обобщении закона сохранения энергии стала специальная теория относительности Альберта Эйнштейна (1905 г.). Он показал, что закон сохранения массы (был такой закон) — часть закона сохранения энергии. Энергия и масса эквивалентны по формуле Е = mс 2 , где с — скорость света.

Вечный двигатель второго рода

В XVIII веке широкое распространение получили паровые машины и механизмы. Часть физики, которая пыталась объяснить их работу и построить общие закономерности создания тепловых машин, стала называться термодинамикой. Закон сохранения энергии стали также именовать первым началом термодинамики. Вечные двигатели, принципы работы которых противоречили первому началу термодинамики, стали называть вечными двигателями первого рода.

Но существовала и другая общая идея вечного двигателя, которая не противоречила закону сохранения энергии. Было известно, что работа в двигателях совершается, когда горячее тело отдает тепло газу или пару и пар совершает работу, например, двигая поршень. Огромная тепловая энергия сосредоточена, допустим, в океане. Если отбирать у океана энергию за счет понижения его температуры, то этой энергии хватит на то, чтобы, например, поддерживать работу корабельного двигателя или создавать в море электростанции.

Однако оказалось, что никак не удается сделать так, чтобы энергия от более холодного тела перешла к более горячему. А ведь для создания вечного двигателя необходимо, чтобы при этом еще и совершалась работа.

В результате развития термодинамики, основываясь на работах Сади Карно, Рудольф Клаузиус показал, что, невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым. При этом невозможен не только непосредственный переход — его невозможно осуществить и с помощью машин или приборов без того, чтобы в природе не произошло еще каких-либо изменений.

Уильям Томсон (лорд Кельвин) сформулировал принцип невозможности вечного двигателя второго рода (1851 г.), поскольку в природе невозможны процессы, единственным следствием которых была бы механическая работа, произведённая за счет охлаждения теплового резервуара.

Когда была создана статистическая термодинамика, которая основывалась на молекулярных представлениях, второе начало термодинамики нашло свое объяснение. Оказалось, что переход тепла от холодного тела к более горячему в принципе возможен, но это уничтожающе маловероятное событие. А в природе реализуются наиболее вероятные события.

Вечный двигатель «третьего рода»

Научного термина «вечный двигатель третьего рода» не существует (это шутка), но существуют до сих пор изобретатели, которые хотят извлечь энергию из «ничего». Или почти из ничего. Теперь «ничего» получило название «физический вакуум», и они хотят извлекать неограниченное количество энергии из «физического вакуума». Их проекты по простоте и наивности не уступают проектам их предшественников, живших столетия назад. Новые вечные двигатели получили название «Вакуумно-энергетические установки»; изобретатели сообщают фантастические КПД подобных двигателей — 400%, 3000%! Их пытаются создать сейчас, к сожалению, в уважаемых конструкторских бюро, что говорит о недостаточной подготовке современных инженеров в области физики. Обсуждение того, почему так происходит, выходит за рамки нашего плаката. Но эти инженеры хотя бы добросовестно заблуждаются.

К сожалению, существует другая категория создателей вечных двигателей. Это — мистификаторы, хитрецы и жулики. Приведем только два примера.

Леонардо да Винчи — талантливый инженер и мистификатор

Леонардо да Винчи был не только великим художником, но и инженером, устроителем праздников, увеселительных аттракционов. Он тоже несколько лет упорно пытался создать вечный двигатель и пришел к выводу, что это невозможно. Вот его слова, очень важные для понимания проблемы вечного двигателя, сказанные в конце XV века: «Поиск конструкции вечного колеса — источника вечного движения — можно назвать одним из наиболее бессмысленных заблуждений человека. В течение веков все, кто имел дело с гидравликой, военными машинами и прочим, тратили много времени и денег на поиски вечного двигателя. Но со всеми ними случалось то же, что с искателями золота (алхимиками): всегда находилась какая-нибудь мелочь, которая мешала успеху. Моя небольшая работа принесет им пользу: им не придется больше спасаться бегством от королей и правителей, не выполнив обещания».

Несмотря на такое ясное понимание невозможности создать вечный двигатель, в записных книжках Леонардо есть строки, которые говорят, что он был готов представить публике якобы «работающую модель» вечного двигателя. В комментарии к рисунку мнимого вечного двигателя Леонардо написал: «Сделай модель под большим секретом и широко объяви о ее демонстрации». Этот вечный двигатель был основан на законе Архимеда и, зная, что двигатель работать не будет, Леонардо намеревался организовать незаметный поток «живой воды» (то есть приводить в движение двигатель незаметно организованным внешним потоком воды). Историки строят догадки, почему Леонардо да Винчи прибегал к мистификации, но факт остается фактом. Даже крупными естествоиспытателями часто движут не научные мотивы. Что же говорить об обычных инженерах, которые, беззаветно веря своей догадке, втягиваются в опасную игру с сильными мира сего, пытаясь получить от них средства на разработку своих, в данном случае нереальных, устройств. Часто они должны «спасаться бегством от королей и правителей, не выполнив обещания». Вот история с Петром Первым, который чуть не купил за огромные деньги якобы вечный двигатель.

Петр Первый и Орфиреус

Петр I был выдающимся организатором промышленного производства и кораблестроения. Он вникал в технические детали большинства проектов и, естественно, его тоже волновала проблема вечного двигателя. В 1715–22 годах Петр потратил много усилий, чтобы купить вечный двигатель доктора Орфиреуса. «Самодвижущимся колесо» Орфиреуса было, вероятно, самой успешной мистификацией вечного двигателя. Изобретатель соглашался продать свою машину лишь за 100 тысяч ефимков (талеров), что составляло тогда огромную сумму. В начале 1725 г. царь хотел лично осмотреть вечный двигатель в Германии, но вскоре Петр умер.

Читать еще:  Что такое двигатель cmsb

Вот типичный путь успешного инженера, ставшего, хочется верить в силу обстоятельств, жуликом. Орфиреус родился в Германии в 1680 г., изучал богословие, медицину, живопись и, наконец, занялся изобретением «вечного» двигателя. До смерти в 1745 г. он жил на приличные доходы, которые получал, показывая свою машину сначала на ярмарках, а потом у могущественных покровителей, таких как польский король и ландграф Гессен-Кассельский.

Ландграф Гессен-Кассельский устраивал серьезные испытания вечному двигателю Орфиреуса. Двигатель закрыли в комнате и запустили, а затем комнату заперли, опечатали и поставили охрану. Через две недели комнату вскрыли, а колесо все еще вращалось «с неослабевающей быстротой».

Тогда ландграф устроил еще одно испытание. Машину запустили снова и теперь в течение сорока дней в комнату никто не входил. После вскрытия комнаты машина продолжала работать.

Изобретатель-жулик получил от ландграфа бумагу, где говорилось, что «вечный двигатель» делает 50 оборотов в минуту, способен поднять 16 кг на высоту 1,5 м, а также может приводить в действие кузнечный мех и точильный станок. Поэтому Петр Первый и заинтересовался чудесной машиной.

Но не все верили Орфиреусу. Тому, кто уличит его в жульничестве, предлагалась очень крупная премия в 1000 марок.

Но, как это часто бывает, Орфиреус стал жертвой домашней склоки. Он поссорился с женой и ее служанкой, которые знали тайну «вечного двигателя». Оказывается, «вечный двигатель» действительно приводился в движение людьми, незаметно дергавшими за тонкий шнурок. Этими людьми были брат изобретателя и его служанка. Орфиреус был действительно очень хорошим изобретателем и рискованным человеком, если смог прятать в закрытой комнате ландграфа Гессен-Кассельского этих людей несколько недель. Ведь они должны были не только что-то есть, но и просто ходить в туалет.

Характерно, что Орфиреус упорно утверждал, что жена и прислуга донесли на него по злобе: «весь свет наполнен злыми людьми, которым верить весьма невозможно».

Посланец Петра Первого библиотекарь и ученый Шумахер, который занимался подготовкой сделки с Орфиреусом, писал Петру, что французские и английские ученые «ни во что почитают все оные перепетуи мобилес и сказывают, что оное против принципиев математических». Это говорит о том, что уже за сто тридцать лет до формулировки закона сохранения энергии большинство ученых были убеждены, что вечный двигатель создать невозможно.

Вечный двигатель

Ве́чный дви́гатель (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) [2] [3] . Создать вечный двигатель невозможно, так как его работа противоречила бы соответственно первому или второму закону термодинамики [4] [5] [6] [7] .

Однако, можно создать механизмы, способные работать хотя и не бесконечно, но неопределённо долго (до износа своих составных частей) без вмешательства человека. В отличие от вечного двигателя, они не нарушают законов термодинамики, поскольку черпают энергию из окружающей среды (например, это может быть энергия Солнца или радиоактивного распада) [⇨] .

  • 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[8] .

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 (эквивалентных) постулатов:

  1. Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счёт охлаждения теплового резервуара.
  2. 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 [ уточнить ] .

Первая документально подтверждённая попытка построить вечный двигатель относится к VIII веку: в Баварии была построена магнитная конструкция в виде колеса обозрения. В 1150 году индийский философ Бхаскара предложил свой вечный двигатель [9] . В своём стихотворении он описывает некое колесо с прикреплёнными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе» [10] . Баварская схема и схема Бхаскары в чём-то схожи, но их изобретения при изучении показывают потерю энергии в каждом цикле [9] . Отдельные заметки о вечном двигателе встречаются в арабских рукописях XVI века, хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде [11] .

Эпоха Возрождения подстегнула усилия изобретателей. В 1635 году был выдан первый патент на вечный двигатель [9] . Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя, но в целом он скептически относился к идее вечного двигателя [10] . Он занимался разоблачением создаваемых конструкции, сравнивая их создание с поиском философского камня [9] . 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.

В 1712 году Иоганн Бесслер, изучив около 300 схем, предложил собственную модель. По легенде, его служанка разоблачила его машину, как хитрое мошенничество [9] .

Помимо преданных делу изобретателей в истории происходили случаи разоблачения шарлатанов, пытавшихся выдать свои конструкции со скрытыми источниками энергии за вечные двигатели. Несмотря на то, что никому так и не удалось изобрести вечный двигатель, опыты помогли физикам изучить природу тепловых двигателей [9] .

К 1775 году столь много было предложено схем вечных двигателей, отчего Парижская Королевская академия наук постановила не принимать более ни одного [9] из-за очевидной невозможности их создания [12] . Патентное ведомство США не выдаёт патенты на perpetuum mobile уже более ста лет [13] . Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/04) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей.

Изобретатели

  • Дзамбони, Джузеппе

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет уравновешивать или превосходить силу, действующую на остальные баки.

Псевдовечный двигатель (даровой двигатель, мнимый вечный двигатель [14] , псевдо-вечный двигатель [15] ) — механизм, способный работать неопределённо долго (до износа своих составных частей) без вмешательства человека, но, в отличие от вечного двигателя, не нарушающий законов термодинамики. Энергию он черпает из окружающей среды (например, это может быть энергия Солнца или радиоактивного распада).

Разновидности

Известны псевдовечные двигатели, использующие: энергию периодических суточных колебаний атмосферного давления [16] [17] ; энергию теплового расширения вследствие суточных колебаний температуры [18] [17] ; энергию распада радия [19] ; солнечную энергию (магнитно-тепловой двигатель) [20] [21] .

Читать еще:  Энергетические характеристики асинхронных двигателей

В 1760-х годах Джон Кокс изобрёл часы, которые получают энергию от изменений атмосферного давления. Такие часы существуют и сегодня и могут идти вечно [9] .

Экономическая эффективность

Я. И. Перельман [18] и Н. В. Гулиа [17] пишут, что даровые двигатели экономически невыгодны для промышленного применения из-за малой стоимости производимой энергии по сравнению с капитальными вложениями в их создание и обслуживание.

Например, для завода часов на сутки работы нужна энергия 1 , 5 5> Дж. Если этот механизм проработает 10 лет, то за свой срок службы он выработает энергии 1 , 5 ⋅ 365 ⋅ 10 = 5500 5cdot 365cdot 10=5500> Дж. При стоимости механизма в 10 долларов себестоимость производства одного киловатт-часа энергии с его помощью составит 3 , 6 ⋅ 10 6 5500 ⋅ 10 = 6 , 5 6cdot 10^<6>><5500>>cdot 10=6<,>5> тыс. долларов [17] .

В. М. Бродянский считает этот вывод неверным, поскольку стоимость устройства не пропорциональна его размерам [15] .

Пример псевдовечного двигателя 2-го рода

Анализ конкретной конструкции вечного двигателя 2-го рода может представлять собой нетривиальную задачу, особенно если речь идёт о конструкции сложной или такой, принцип действия которой на первый взгляд вообще непонятен, либо потоки энергии и их источник неочевидны. Зафиксируем, например, один конец работающей на изгиб биметаллической пластины, а ко второму концу подвесим груз и поместим получившуюся конструкцию на открытый воздух. За счёт колебаний температуры пластина будет изгибаться/распрямляться, а груз подниматься и опускаться, то есть устройство будет совершать работу. Заменив груз на храповой механизм, получим механический привод, способный выполнять полезную работу за счёт извлечения энергии из единственного теплового резервуара — окружающей среды. Но поскольку окружающая среда попеременно выступает в качестве то нагревателя, то охладителя, противоречие со вторым законом термодинамики отсутствует. Таким образом, рассмотренная конструкция представляет собой не вечный, а псевдовечный двигатель 2-го рода [22] .

Вечный двигатель

Ве́чный дви́гатель (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) [2] [3] . Создать вечный двигатель невозможно, так как его работа противоречила бы соответственно первому или второму закону термодинамики [4] [5] [6] [7] .

Однако, можно создать механизмы, способные работать хотя и не бесконечно, но неопределённо долго (до износа своих составных частей) без вмешательства человека. В отличие от вечного двигателя, они не нарушают законов термодинамики, поскольку черпают энергию из окружающей среды (например, это может быть энергия Солнца или радиоактивного распада) [⇨] .

Содержание

  • 1 Современная классификация вечных двигателей
  • 2 История
    • 2.1 Изобретатели
  • 3 Конструкции вечных двигателей из истории
  • 4 Псевдовечный двигатель
    • 4.1 Разновидности
    • 4.2 Экономическая эффективность
    • 4.3 Пример псевдовечного двигателя 2-го рода
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Литература
  • 8 Ссылки

Современная классификация вечных двигателей [ | ]

  • 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[8] .

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 (эквивалентных) постулатов:

  1. Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счёт охлаждения теплового резервуара.
  2. 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 [ уточнить ] .

История [ | ]

Первая документально подтверждённая попытка построить вечный двигатель относится к VIII веку: в Баварии была построена магнитная конструкция в виде колеса обозрения. В 1150 году индийский философ Бхаскара предложил свой вечный двигатель [9] . В своём стихотворении он описывает некое колесо с прикреплёнными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе» [10] . Баварская схема и схема Бхаскары в чём-то схожи, но их изобретения при изучении показывают потерю энергии в каждом цикле [9] . Отдельные заметки о вечном двигателе встречаются в арабских рукописях XVI века, хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде [11] .

Эпоха Возрождения подстегнула усилия изобретателей. В 1635 году был выдан первый патент на вечный двигатель [9] . Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя, но в целом он скептически относился к идее вечного двигателя [10] . Он занимался разоблачением создаваемых конструкции, сравнивая их создание с поиском философского камня [9] . 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.

В 1712 году Иоганн Бесслер, изучив около 300 схем, предложил собственную модель. По легенде, его служанка разоблачила его машину, как хитрое мошенничество [9] .

Помимо преданных делу изобретателей в истории происходили случаи разоблачения шарлатанов, пытавшихся выдать свои конструкции со скрытыми источниками энергии за вечные двигатели. Несмотря на то, что никому так и не удалось изобрести вечный двигатель, опыты помогли физикам изучить природу тепловых двигателей [9] .

К 1775 году столь много было предложено схем вечных двигателей, отчего Парижская Королевская академия наук постановила не принимать более ни одного [9] из-за очевидной невозможности их создания [12] . Патентное ведомство США не выдаёт патенты на perpetuum mobile уже более ста лет [13] . Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/04) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей.

Изобретатели [ | ]

  • Дзамбони, Джузеппе

Конструкции вечных двигателей из истории [ | ]

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет уравновешивать или превосходить силу, действующую на остальные баки.

Псевдовечный двигатель [ | ]

Псевдовечный двигатель (даровой двигатель, мнимый вечный двигатель [14] , псевдо-вечный двигатель [15] ) — механизм, способный работать неопределённо долго (до износа своих составных частей) без вмешательства человека, но, в отличие от вечного двигателя, не нарушающий законов термодинамики. Энергию он черпает из окружающей среды (например, это может быть энергия Солнца или радиоактивного распада).

Разновидности [ | ]

Известны псевдовечные двигатели, использующие: энергию периодических суточных колебаний атмосферного давления [16] [17] ; энергию теплового расширения вследствие суточных колебаний температуры [18] [17] ; энергию распада радия [19] ; солнечную энергию (магнитно-тепловой двигатель) [20] [21] .

В 1760-х годах Джон Кокс изобрёл часы, которые получают энергию от изменений атмосферного давления. Такие часы существуют и сегодня и могут идти вечно [9] .

Читать еще:  Что такое двигатель sd4

Экономическая эффективность [ | ]

Я. И. Перельман [18] и Н. В. Гулиа [17] пишут, что даровые двигатели экономически невыгодны для промышленного применения из-за малой стоимости производимой энергии по сравнению с капитальными вложениями в их создание и обслуживание.

Например, для завода часов на сутки работы нужна энергия 1 , 5 5> Дж. Если этот механизм проработает 10 лет, то за свой срок службы он выработает энергии 1 , 5 ⋅ 365 ⋅ 10 = 5500 5cdot 365cdot 10=5500> Дж. При стоимости механизма в 10 долларов себестоимость производства одного киловатт-часа энергии с его помощью составит 3 , 6 ⋅ 10 6 5500 ⋅ 10 = 6 , 5 6cdot 10^<6>><5500>>cdot 10=6<,>5> тыс. долларов [17] .

В. М. Бродянский считает этот вывод неверным, поскольку стоимость устройства не пропорциональна его размерам [15] .

Пример псевдовечного двигателя 2-го рода [ | ]

Анализ конкретной конструкции вечного двигателя 2-го рода может представлять собой нетривиальную задачу, особенно если речь идёт о конструкции сложной или такой, принцип действия которой на первый взгляд вообще непонятен, либо потоки энергии и их источник неочевидны. Зафиксируем, например, один конец работающей на изгиб биметаллической пластины, а ко второму концу подвесим груз и поместим получившуюся конструкцию на открытый воздух. За счёт колебаний температуры пластина будет изгибаться/распрямляться, а груз подниматься и опускаться, то есть устройство будет совершать работу. Заменив груз на храповой механизм, получим механический привод, способный выполнять полезную работу за счёт извлечения энергии из единственного теплового резервуара — окружающей среды. Но поскольку окружающая среда попеременно выступает в качестве то нагревателя, то охладителя, противоречие со вторым законом термодинамики отсутствует. Таким образом, рассмотренная конструкция представляет собой не вечный, а псевдовечный двигатель 2-го рода [22] .

Краткая история вечного двигателя.

Первым крупным изобретателем был Бесслер, или под его творческим псевдонимом Орффиреус. Дело происходило в Германии в 18-ом веке. Рассказывают, что появился этот загадочный джентельмен в 1712 году в городке Гера. При себе имел странную игрушку: толстый деревянное колесо, полтора метра в диаметре, обернутое в промасленный кусок кожи.В центре колеса выступала массивная ось и к ней привязан прочная веревка.Стоя перед публикой Бесслер давал легкий толчок и колесо начинало раскручиваться, были слышны скрипи перекатывающихся шаров. Колесо перекачивало воду с помощью небольшого насоса, также поднимало грузики.


Единственный сохранившейся чертеж колеса Бесслера.

Всего изобретатель создал 4 машины. Но был он очень эксцентричен и страдал сильной формой паранойи. К сожалению, он не оставил после себя записей внутреннего устройства механизма. В каждом из устройств, была часть, которую он никогда не показывал, при попытке раскрыть его накрывала волна паранойи, и он разрушал свою машину, с тем чтобы в дальнейшем построить еще большую. В какой-то момент ему благоволил ландграф Карл Гессен-Кассельскому. Но патрон захотел убедиться, что Бесслер действительно изобрел вечный двигатель. Карл пригласил Лейбница-одного из крупнейших ученых европы на тот момент. До конца Лейбниц не смог убедиться, что это действительно вечный двигатель, но был очень впечатлен и рекомендовал машину.

Тогда ландграф решил провести дополнительную проверку. Бесслеру предоставили большую комнату, в центре которой он построил очередную машину. В дверях комнаты поставили двух стражников. По окончанию работ комнату опечатали и через месяц вскрыли и убедились, что колесо все еще крутится. Но как всегда условием Бесслера было, что часть устройства было закрыто, то есть до конца нельзя было быть уверенным в подлинности открытия.
Но несмотря на проведенный эксперимент, граф решил сделать дополнительную проверку. В 1721 году был приглашен голландский профессор математики Уильям Гравезанда. Чтобы убедиться, что за занавеской нет человека Гравезанд надорвал занавеску и прыснул туда перца. Но никто не чихнул.

Говорят, что Гравезанд настолько впечатлился, что пытался привлечь к изучению машины Ньютона. Но Ньютон не ответил на письмо, или он вообще относился с презрением к попыткам создать вечный двигатель.

После этой проверки Бесслер взял большой молоток и разнес свою машину на части.

В какой-то момент появилось свидетельство служанки, что она помогала запускать колесо. Но есть мнение, что это лжесвидетельство, из-за маленького жалования.

Кроме чертежа ничего не сохранилось после того изобретения. Скорее всего механизм работал по принципу зубчатого колеса, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

Позже в 19 веке Томас Янг сформулировал понятие энергии, как способности совершать работу. Юлий фон Мейер, врач и физик, приходит к выводу, что энергия сохраняется, просто меняет свою форму. К тому же выводу пришел Джеймс Джоуль. И третий ученный, который пришел к идее сохранения энергии был Герман фон Гельмгольц, тоже врач и физик. Гельмгольц в своей статье сформулировал невозможность вечного двигателя первого рода, то есть механизма, нарушающего закон сохранения энергии. Энергия не берется из ниоткуда.

Кили в своей лаборатории. 1889 год

Следующим крупным «изобретателем» вечного двигателя был американец Кили со своим двигателем Кили. Жил он в Филадельфии. До поры до времени был абсолютно неизвестной личностью, делал маленькие игрушки и продавал на местном рынке. Около 1874 года по Филадельфии появились слухи о новом изобретении, использующем новую неизвестную силу. Надо помнить, что это было времена Эдисона, с его электрической лампочкой, Нобеля и динамита, Максвелла и теории электромагнетизма. Довольно быстро нашлось много инвесторов, готовых вложить много денег в это устройство. Инвесторы были из Филадельфии и из Нью-Йорка. Была основана фирма «Keely Motor Company».


Кили и совет директоров фирмы «Keely Motor Company».
А надо понимать, что Кили умел красиво, но очень непонятно говорить. Его никто не мог понять. Он любил делать красивые демонстрации, много объяснял, но устройство механизма не показывал. И все время обещал, что вот-вот будет изобретен двигатель новой конструкции. И так это продолжалось почти 10 лет. Инвесторы дважды обращались в суд, были приглашены свидетели-эксперты, но ничего не помогало. Проблема была в том, что фирма названа по его имени и все зависело от изобретателя. А у инвесторов толком не было никаких прав. И чтобы Кили не сбежал, инвесторам приходилось идти с ним на компромиссы. Даже была шуточное высказывание, по панамскому каналу будут плавать судна на двигателе Кили.

В самый тяжелый момент у Кили появился спонсор: вдова Клара Блюмфильд-Мор. Она помогала ему деньгами, пиаром. Но из-за сильной критики, она захотела провести проверку. Был приглашен Александр Скот, инженер-электрик.

Одним из демонстрационным механизмов Кили, был так называемый эксперимент левитации, или аккорд-масс.

Килли давал пару аккордов и тяжелый грузик вопреки силы гравитации всплывал внутри стеклянной трубке. К трубке был подключен «ретранслятор»с помощью электрического шнура. А Скот заподозрил, что это полая трубка и механизм работает от сжатого воздуха. И предложил Кили провести эксперимент без провода. На что Кили ответил отказом.

После смерти Кили в подвале дома инвесторы обнаружили большой сосуд с сжатым возухом, с помощью которого он запускал один из своих механизмов.

Говорят, что перед смертью спросили как бы он хотел, чтобы его запомнили. На что он ответил, что как самого большого махинатора 19 века.

Сади Карно, который ситается отцом-основателем термодинамики, учился в начале 19-ого века в политехническом университете Парижа. Карно был самым молодым студентом ВУЗа, он поступил туда в 16 лет, минилальный возраст поступления в ВУЗ. По окончании учебы Карно призвался в наполеоновскую армию, но там ему не нравилось. И дождавшись ближайшего отпуска он занялся исследованием паровых двигателей. На тот момент лучшие двигатели были английские, а французкие были не ахти. Он начал их исследовать и понял, что у двигателей был немного разный механизм, использовалось разное топливо, металл, из которого они изготовлены разный. Единственно, что общее это «течение» тепла от горячей области к холодной.Это его открытие было очень значимо. При чем оно не очевидно. Мы просто привыкли, что это так, а вот почему тепло должно течь от горячего к холодному- остается хорошим вопросом. Это открытие послужило основанием более общему принципу, второму закону термодинамики. Когда Карно было 36 лет, в Париже разразилась эпидемия холеры и были уничтожены многие его работы. Распространению его работ поспособствовал английский учёный, лорд Кельвин, или Уильям Томсон.

Лорд Кельвин, энтропия, Людвиг Больцман и другие.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector