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».
Название «перпетуум мобиле» относится не только к физике и неким конструкциям. Его можно встретить и в музыке. Так называются быстрые музыкальные пьесы, которые как бы не кончаются. Пьеса с таким названием есть и у Шопена.
При исследованиях определенных квантовых процессов иногда кажется, что закон сохранения энергии нарушается. Потом физики дают этому объяснение, но какое-то время кажется, что чудо возможно. Перпетуум мобиле — что это такое, как ни чудо!
И такое чудо существует. Это вечное стремление человека двигаться к новым горизонтам, исследовать космос, подниматься на Эверест и спускаться в Марианскую впадину.
Источник: www.syl.ru
Вечный перпетуум-мобиле: что это такое?
Еще одна несбывшаяся мечта 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 — что это такое? Это 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:
- Вечный двигатель первого рода – это устройство, работающее без затрат энергоресурсов. И конечно, создать такое устройство невозможно.
- 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, что такое перпетуум-мобиле, 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.
Источник: fb.ru
Перпетуум мобиле – что это такое
Перпетуум мобиле — это словосочетание часто на слуху, но мало кто знает, что оно значит.
Исходя из официальных источников, вечный двигатель — выдуманное устройство, которое не ограничено по времени в работе, а также вырабатывает много полезной энергии или тепла.
Классификация perpetuum mobile
Несмотря на надуманное существование, бесконечно работающие механизмы делят на агрегаты первого и второго рода.
Согласно закону сохранения энергии, первый вариант двигателя не может существовать, поскольку должен непрерывно работать неограниченное количество времени, без потребления энергии (топливо, электричество и прочее).
Агрегат второго рода действует бесконечно благодаря тепловой энергии, которую он потребляет из окружающего пространства. Нереальность существования обоих видов перпетуум мобиле постулируется в первом и втором законах термодинамики.
История
Идея о том, чтобы создать вечный двигатель появилась давно. Но когда именно, а также кто автор столь интересного нереального изобретения установить не представляется возможным.
Первые упоминания о perpetuum mobile датируются 12 веком и принадлежат индийскому поэту, астроному и математику Бхаскару. Кроме этого, заметки о колесе, которое бесконечно крутится, можно встретить в арабских записях, датируемых 16 веком. Многие великие умы 16-17 веков мечтали о создании вечного двигателя. Например, среди работ Леонардо да Винчи есть гравюра с изображением подобного агрегата.
Неудачные конструкции перпетуум мобиле
Самым ранним проектом двигателя считается колесо с зубьями. В углублениях конструкции размещены грузы на шарнирах. По мнению авторов, такая машина не будет останавливаться за счёт того, что грузы с правой стороны располагаются ближе к центру. Такое размещение шарниров должно способствовать постоянному движению колеса благодаря перемещению грузов. Однако проекту не суждено воплотиться в жизнь, поскольку силы с обеих сторон равны: с одной — больше рычаг, а с другой — большее количество шарниров.
Существует изображение перпетуум мобиле, за основу действия которого авторы взяли закон Архимеда. Автор, руководствуясь им, спроектировал цепь, на которой пустые ёмкости должны быть справа в воде. По мнению изобретателя, жидкость должна выталкивать детали и приводить конструкцию в постоянное движение. Однако в изобретении не было учтено, что на нижнюю центральную ёмкость оказывается только давление справа, которое уравновесит давление на остальные тела.
Псевдо перпетуум мобиле второго рода
Можно разработать конструкцию псевдовечного двигателя второго рода, который сможет работать за счёт тепла окружающей среды. Например, один край биометрической пластины закрепляется, а второй — утяжеляется.
Также рекомендуем прочитать: Алексей Балабанов – биография, личная жизнь
Если подобный агрегат разместить вне помещения, то, в соответствии с изменением температуры, пластина станет менять изгиб. Если поменять утяжелитель на храповой механизм, будет механический привод, работающий от тепловой энергии окружающей среды. Но так как температура воздуха нестабильна, непрерывная работа такого механизм невозможна.
Патенты на перпетуум мобиле
В связи с тем, что вечный двигатель создать объективно не представляется возможным, патентные организации мира не рассматривают проекты конструкций, и не выдают патенты на подобные изобретения (во Франции с 1775 года, в США с 19 века). Однако, несмотря на это, разделы в Международной патентной классификации, выделенные непрерывно работающим двигателям (электродинамическим, гидродинамическим) существуют.
Известные учёные, спроектировавшие perpetuum mobile
Среди тех, кто придумал конструкцию перпетуум мобиле широко известны такие имена:
- Джузеппе Дзамбони;
- Иоганн Эрнст Элиас Бесслер.
Кроме указанных, идеей создания работающего неограниченное время двигателя «болели» Леонардо да Винчи, Пётр Первый, Майкл Фарадей, Никола Тесла, Иоганн Бесслер. При этом алхимик даже создал свой непрерывно действующий агрегат (в пустом помещении установили деревянное колесо на оси и обтянули его тканью) и заставил его непрерывно работать две недели. Однако, после его смерти секрет «вечного» двигателя Бесслера был раскрыт: брат инженера и служанка двигали колесо за шнурок, находясь в соседнем помещении. Довольно долго (не один десяток лет) проработал перпетуум мобиле Джузеппе Дзамбони — маятник на сухих батареях без кислоты (электромотор).
Вечный двигатель в искусстве
Не обошли своим вниманием агрегат и художники. Так, на довольно известной работе художника М. Эшера «Водопад» написан перпетуум мобиле, который представляет собой мельницу замкнутого типа, использующую для работы воду.
Также рекомендуем прочитать: Да, мы уродливы, но мы уникальны. Как Crocs превратились из посмешища в идола.
Подробнее о конструкции Бхаскары
Как было указано выше, индийский математик, астроном и поэт Бхаскара одним из первых описал вечно работающую конструкцию в своём стихотворении. Датируется произведение 12 веком. По мнению автора, агрегат должен представлять из себя колесо, оснащенное спицами, к которым прикреплены ёмкости со ртутью. Спицы, располагаясь диагонально по отношению к оси, что позволяет ртути перетекать, изменяя центр тяжести. Такая конструкция должна была обеспечить непрерывное вращение колеса.
Другие варианты неограниченно действующих агрегатов
Вечные двигатели пытались спроектировать не только в виде кольца с грузами. Так, Роберт Флад придумал колесо, которое под действием силы рециркулирующей воды перемалывает зерно.
Кокс создал вечные часы, основываясь на принципах механики и философии. В пятидесятых годах 20 века Карпен изобрёл батарейку, которая до настоящего времени не разрядилась. Ньюман спроектировал агрегат, который, по словам автора, затрачивает энергии гораздо меньше, чем потребляет.
Самым фантастическим проектом стал двигатель НЛО, изобретённый Отисом Карром. Его машина работает на гравитационной энергии, которая науке неизвестна.
Несмотря на объективную невозможность создать перпетуум мобиле, энтузиасты думают над его проектами, придумывают новые конструкции и разрабатывают машины. Насколько успешны новые изобретения – покажет время, но только в том случае, если получится преодолеть известные ныне законы физики.
Источник: infonotes.ru