УДК 530.12
ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ В ИСТОРИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
№47,
Физико-математические науки
Атнашев Айнур Фанирович
Ключевые слова: ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ; КОНЦЕПЦИИ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ; МОДЕЛЬ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ; PERPETUAL MOTION MACHINES; CONCEPTS OF PERPETUAL MOTION; PERPETUAL MOTION MODEL.
Идея вечного двигателя привлекает внимание многих людей и вызывает интерес общества. Вечный двигатель – это устройство, которое способно работать бесконечно долго без необходимости внешнего источника энергии.
Существует множество различных предложений и концепций вечного двигателя. Одна из самых известных идей – это периодическое движение колеса, которое постоянно поддерживается без внешнего воздействия. Другие концепции включают использование магнитов, гравитации или квантовых эффектов для создания постоянной энергии [1].
Концепция вечного двигателя получила широкое распространение в Европе XIII века: приблизительно этим периодом датируются самые ранние исторические документы, дожившие до наших времен. Желание найти источник бесконечной энергии скорее всего было продиктовано бурной индустриализацией. На фоне прироста населения ремесленники нуждались в новых производственных мощностях, чтобы поспевать за растущим потреблением. Средневековые изобретатели пытались помочь как могли: в общей сложности до современности дошло чуть больше тысячи различных проектов perpetuum mobile.
Правда, уже в XV веке именитые ученые (такие как да Винчи и Галилей) начали серьезно сомневаться, что вечный двигатель действительно можно претворить в жизнь. А в конце XVII века их сомнения нашли научное обоснование в виде закона сохранения энергии — одного из фундаментальных законов природы, согласно которому энергию физически нельзя создать или уничтожить. Теория немецкого физика Готфрида Вильгельма Лейбница поставила крест на мечтах о вечном двигателе и впоследствии стала одним из основных постулатов термодинамики.
Впрочем, до той поры (и на протяжении многих лет после) энтузиасты продолжали разрабатывать невозможные perpetuum mobile различных конструкций. Мы собрали самые известные проекты.
Колесо Бхаскары
В середине XII века индийский философ Бхаскара якобы одним из первых предложил модель вечного двигателя. Согласно описанию, его двигатель должен был генерировать энергию благодаря колесу, на котором под определенным углом закреплены сосуды, наполненные ртутью. Этот механизм создавал разницу в весе между разными частями конструкции: жидкий металл переливался из одного конца емкостей в другой, бесконечно вращая колесо. На схожем принципе построены и многие другие прототипы вечных двигателей[2].
Колесо Виллара де Оннекура
Французский инженер Виллар де Оннекур был самым настоящим человеком эпохи Возрождения. Он интересовался самыми разными областями научной деятельности — от проектировки соборов и прикладных инструментов до дрессировки диких животных. Помимо всего прочего, его руке принадлежит первый задокументированный чертеж вечного двигателя: его можно найти в «Книге рисунков», где конструктор опубликовал коллекцию собственных чертежей.
Виллар де Оннекур описал два возможных механизма своей машины. Первый применял ртуть (примерно так же, как колесо Бхаскары), тогда как второй использовал нечетное число молоточков: одна сторона колеса постоянно перевешивала другую. При каждом новом повороте соотношение грузов должно было заставить колесо вращаться (в теории бесконечно), но инженер не учел, что силы тяжести молоточков по обе стороны конструкции практически равны — на деле машина быстро остановится.
Эксперименты Леонардо да Винчи
Легендарный итальянец также проводил много опытов в поисках perpetuum mobile. На первых порах он изучал популярные конструкции на основе колеса, однако вскоре принялся модернизировать их и вносить собственные корректировки. Результатом исследований да Винчи стала машина на базе винта Архимеда: он поднимал воду, которая затем выливалась в специальный желоб и стекала на лопасти, приводившие сам винт в движение. Тем не менее, задумка знаменитого инженера не работала ввиду силы трения — без избыточной энергии двигатель физически не мог вращаться сам по себе.
Магнитный двигатель Джона Уилкинса
В книге «Сотня изобретений» середины XVII века англичанин Джон Уилкинс описал устройство вечного двигателя, построенного на взаимодействии магнитов. Железный шарик должен был постоянно двигаться вверх-вниз по конструкции из двух желобов за счет сильного магнитного излучения, однако инженер и сам прекрасно осознавал, что его затея обречена на провал. Сильный магнит попросту не позволит шарику попасть вниз желоба; слабый же не притянет его наверх.
Вечный двигатель Орфиреуса
Саксонский алхимик Иоганн Бесслер вошел в историю как шарлатан, который перепробовал множество разных профессий. Он взял звучный псевдоним Орфиреус только ради того, чтобы выглядеть солиднее в глазах окружающих. Тем не менее, в начале XVIII века самопровозглашенный изобретатель представил свой вариант вечного двигателя: полое колесо на толстой деревянной оси, которое приходило в движение благодаря системе противовесов[3].
Этот эксперимент известен прежде всего тем, что аристократ-покровитель Бесслера несколько раз проверял его изобретение, заперев двигатель в пустой комнате — в конце концов меценат признал, что perpetuum mobile Орфиреуса действительно работает. Предприимчивый инженер рассчитывал неплохо заработать, раскрыв секрет своего детища за крупный гонорар, однако скептически настроенный меценат вскоре якобы пообещал награду любому, кто сможет поймать Бесслера на лжи. В результате его служанка рассказала, что во время проверок вечный двигатель сохранял скорость только из-за того, что люди в соседней комнате дергали за скрытно подвязанные веревочки. До нашего времени машина не дожила: Бесслер собственными руками разрушил ее, когда слухи о мошенничестве получили широкую огласку.
Изучение и анализ практических примеров и изобретений, связанных с вечным двигателем, помогает лучше понять причины неудач и противоречий с законами термодинамики.
Существует несколько известных попыток создания вечного двигателя. Одним из самых известных примеров является “Машинка Перпетуум Мобиле” – устройство, которое предполагалось работать бесконечно долго без подзарядки или внешнего источника энергии. Однако, все попытки создания такой машины заканчивались неудачей. Некоторые изобретатели утверждали, что их устройства работали некоторое время, но в конечном итоге они все равно требовали внешнего воздействия для поддержания работы.
Анализ причин неудач и противоречий с законами термодинамики показывает, что вечный двигатель невозможен. Законы термодинамики утверждают, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую. Вечный двигатель, который работает бесконечно долго без внешнего источника энергии, нарушает этот принцип.
Кроме того, существуют и другие ограничения, которые делают вечный двигатель невозможным. Например, трение и сопротивление воздуха приводят к потере энергии, что означает, что даже самая эффективная машина будет терять энергию со временем и требовать подзарядки или обслуживания.
Таким образом, рассмотрение практических примеров и изобретений подтверждает физическую невозможность создания вечного двигателя и противоречие с законами термодинамики.
Разбор распространенных мифов и заблуждений о вечном двигателе позволяет лучше понять причины его невозможности и противоречия с законами термодинамики.
Одним из распространенных мифов является идея, что вечный двигатель может работать бесконечно долго без внешнего источника энергии. Однако, это противоречит первому закону термодинамики, который утверждает, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую. Вечный двигатель, который работает бесконечно долго, нарушает этот принцип.
Также существует заблуждение, что вечный двигатель может использовать периодические колебания или взаимодействие с космическим вакуумом для получения энергии. Однако, это не соответствует реальности. Законы физики и термодинамики указывают на то, что энергия не может быть извлечена из ничего, а только из уже существующих источников[4].
Противоречия с законами термодинамики объясняются также через понятие энтропии. Энтропия – это мера беспорядка или хаоса в системе. Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия всегда увеличивается в изолированной системе. Вечный двигатель, который работает без потерь и увеличения энтропии, противоречит этому закону.
Таким образом, критика и научное объяснение подтверждают невозможность создания вечного двигателя и его противоречие с законами термодинамики.
Исходя из анализа и критики, можно сделать следующие выводы:
• Вечный двигатель, работающий бесконечно долго без внешнего источника энергии, является невозможным с точки зрения законов термодинамики.
• Первый закон термодинамики утверждает, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована. Вечный двигатель, нарушающий этот принцип, не может существовать.
• Законы физики и термодинамики указывают на то, что энергия не может быть извлечена из ничего, а только из уже существующих источников. Идея использования периодических колебаний или взаимодействия с космическим вакуумом для получения энергии также противоречит этим законам.
• Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия всегда увеличивается в изолированной системе. Вечный двигатель, который работает без потерь и увеличения энтропии, противоречит этому закону.
• Распространенные мифы и заблуждения о вечном двигателе не соответствуют реальности и нарушают основные принципы термодинамики.
Таким образом, научное объяснение и критика подтверждают невозможность создания вечного двигателя с точки зрения термодинамики. Это важно учитывать при рассмотрении и разработке новых технологий и энергетических систем.
Вечный двигатель, работающий бесконечно долго без внешнего источника энергии, является невозможным с точки зрения законов термодинамики. Это подтверждается анализом и критикой, основанными на основных принципах термодинамики, таких как законы сохранения энергии и увеличения энтропии. Распространенные мифы и заблуждения о вечном двигателе не соответствуют реальности и противоречат физическим законам. Поэтому важно учитывать эти факты при разработке новых технологий и энергетических систем.
Список литературы
- Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.-562с.
- Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы. М., 2018.-985с.
- Орд-Хьюм А. Вечное движение. М., 1980.-745с.
- Перельман Я. И. Занимательная физика. М., 2010.-623с.