Что такое бесконечный двигатель

Что такое бесконечный двигатель

ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ПРЕЖДЕ И ТЕПЕРЬ.

От утопии — к науке, от науки — к утопии

Так называемый вечный двигатель занимает в истории науки и техники особое и очень заметное место, несмотря на то что он не существует и существовать не может. Этот парадоксальный факт объясняется прежде всего тем, что поиски изобретателей вечного двигателя, продолжающиеся более 800 лет, связаны с формированием представлений о фундаментальном понятии физики — энергии. Более того, борьба с заблуждениями изобретателей вечных двигателей и их ученых защитников (были и такие) в значительной степени способствовала развитию и становлению науки о превращениях энергии — термодинамики.

Анализ истории вечного двигателя вполне соответствует той задаче, которую поставил В.И. Ленин, когда писал о необходимости «диалектической обработки всей истории естествознания и техники». Такая история должна включать не только прозрения, великие открытия и изобретения, но и заблуждения и неудачи. Только тогда она будет живой и полной.

Этот интересный и вместе с тем поучительный сюжет из истории науки и техники не могла, естественно, обойти и научно-популярная литература. Однако отечественной литературы на эту тему, если не считать одной брошюры, вышедшей в 1911 г., не было. В последние годы были изданы две переводные книги о вечном двигателе[1], содержащие довольно большой и интересный материал.

Предлагаемая книга на ту же тему написана крупным специалистом в области термодинамики и низкотемпературной техники, доктором техн. наук профессором В.М. Бродянским. Будучи не менее занимательной, чем другие (в частности, благодаря примерам из художественной литературы), она отличается от них, по крайней мере, в трех существенных аспектах.

Первый из них связан с содержанием книги. У всех без исключения авторов, писавших о вечном двигателе, основное внимание уделялось так называемому вечному двигателю первого рода, которым занимались изобретатели прежних времен. Вечные двигатели второго рода, которые пытаются создать теперешние изобретатели, почти не рассматриваются. Между тем именно здесь находится центральный пункт полемики, связанной с предложениями о создании «инверсионных» энергетических устройств, могущих, якобы, обеспечить человечество энергией навечно и без расходования каких-либо возобновляемых или невозобновляемых ресурсов. О живучести подобных проектов вечных двигателей свидетельствует хотя бы тот факт, что даже после выступления в центральной печати таких авторитетных ученых, как академики П. Капица, Л. Арцимович и И. Тамм (Правда, 1959. 21 ноября), с протестом против распространения лженаучных сенсаций, связанных с новыми вечными двигателями, через 18 лет понадобилась новая статья на ту же тему академиков Е. Велихова, А. Прохорова и Р. Сагдеева (Правда. 1987. 22 авг.). Поэтому вполне оправдано, что в книге В.М. Бродянского сделан решительный поворот от «прежде» к «теперь»: основное внимание уделено именно вечному двигателю второго рода. При этом, однако, перед автором возникает несравненно более трудная задача. Действительно, положение о невозможности осуществления вечного двигателя первого рода очевидно для современного читателя, который со школьных лет знает закон сохранения энергии. Здесь автору нужно при разборе каждого двигателя только показать, где спрятано противоречие с этим законом.

При рассмотрении идеи вечного двигателя второго рода нужно не только выявить противоречие с законом природы, но и убедить читателя в незыблемости самого этого закона. Однако второй закон термодинамики далеко не так очевиден, как закон сохранения энергии, он не входит и в курс физики средней школы.

Автор приложил много сил и умения, чтобы просто, без педантизма довести до читателя содержание второго закона термодинамики. При этом существенное внимание уделено и полемике с «ниспровергателями» второго закона, и разбору их внешне убедительных, но научно несостоятельных доводов. Такой показ столкновения научных и антинаучных позиций проводится автором в довольно острой форме. Однако это вполне оправдано, так как читатель сам вовлекается в дискуссию и получает возможность отделить сущность от словесной оболочки, увидеть проблему объемно, с разных сторон и утвердиться в правильном ее понимании.

Вторая особенность книги состоит в том, что автор сумел отойти от описательного стиля, принятого до сих пор в книгах о вечных двигателях. Ему удалось без излишней «учености» найти стиль изложения, позволяющий дать ответы на трудные или редко освещаемые вопросы в форме, нужной для читателя, не имеющего специальной подготовки. К таким вопросам относятся не только физические или технические, но и психологические (например, мотивы, определяющие невосприимчивость к критике изобретателей вечного двигателя).

Третье отличие этой книги от предшествующих связано с необходимостью найти методику, позволяющую наглядно, но не слишком упрощенно представить суть ошибок изобретателей вечного двигателя второго рода. Автор использовал для этого широко распространившееся за последнее время понятие эксергии, в разработке которого он принимал непосредственное участие. Опыт применения этой величины в научно-популярной литературе у нас и за рубежом показал, что она позволяет наиболее просто изложить следствия второго закона термодинамики в его технических приложениях. В результате гл. 3 и 4, содержащие самые трудные для популяризации материалы, сделались интересными и понятными, хотя и требуют от читателя в некоторых местах определенной сосредоточенности.

Опыт многих лет выпуска научно-популярных книг и журналов в нашей стране показывает, что уровень подготовки читателей, как взрослых, так и школьников, весьма вырос. Подавляющее большинство читателей, в том числе и молодежь, предпочитает не облегченное развлекательное чтиво, а литературу интересную, заставляющую думать. Именно к такой категории относится и книга В.М. Бродянского о вечном двигателе: в ней найдено оптимальное соотношение научного и занимательного. Ее чтение даст много нового всем, кто интересуется историей науки и техники — как далекой, так и близкой к нашему времени.

Академик АПН СССР В.А. ФАБРИКАНТ

ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Написать эту книгу меня побудило не только стремление рассказать историю вечного двигателя поновому. Несомненно, длительная история попыток создания вечного двигателя, столкновения его сторонников и противников чрезвычайно интересна и поучительна. В ней фигурируют самые разные люди — ученые и проходимцы, короли и ремесленники, архитекторы и богословы, бизнесмены и священники, мужчины и женщины. История вечного двигателя — это одновременно и история становления и развития многих направлений науки, в частности механики, гидравлики и, конечно, энергетики.

Вместе с тем существует и другая причина, приводящая к необходимости писать о вечном двигателе именно теперь. Она состоит в том, что попытки создать вечный двигатель не прекратились и в наш ученый век. Многочисленные изобретатели работают над новыми проектами; многие инженеры и научные работники создают для них «теоретическую базу», а сами авторы и некоторые журналисты пропагандируют соответствующие идеи в печати.

В отличие от прошлых времен авторы избегают термина «вечный двигатель», вводя другие, более «научные» слова (например, «инверсия энергии»). Однако дело от этого, естественно, не меняется.

Мне пришлось неоднократно участвовать как в экспертизе такого рода изобретений, так и в разборе жалоб изобретателей на консерватизм экспертов, отвергающих их предложения. В результате не только накопилась интересная информация (и негативные эмоции), но и сформировалось убеждение, что необходима новая популярная книга о вечном двигателе, которая содержала бы развернутый анализ ошибок современных его изобретателей. Их заранее обреченные на неудачу попытки продолжаются уже много лет; даже выступления в печати авторитетнейших ученых не смогли прекратить это пагубное поветрие.

Орд-Хьюм А. Вечное движение/Пер. с англ. М.: Знание. 1980; Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня/Пер. с чешек. М.: Мир. 1984.

Как «вечный двигатель» помогает научно-техническому прогрессу

Экология жизни. Наука и открытия: Надежда найти вечный двигатель даёт изобретателям огромные силы и энергию для работы. Самое главное — направить эту энергию в нужное русло.

Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии.

Самодвижущееся колесо немецкого изобретателя Орфиреуса два месяца вращалось в запечатанной комнате, двери которой охраняли гренадёры. В время демонстраций оно не только вращалось со скоростью 50 оборотов в минуту, но и поднимало грузы до 16 кг. В 1725 году Пётр I собирался в Германию, чтобы лично осмотреть вечный двигатель, который изобретатель Орфиреус согласился продать России за 100 000 ефимков (1 ефимок — около рубля).

В 1775 году Парижская академия наук приняла своё знаменитое решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. Но до сих пор на научных конференциях в России и других странах с завидным постоянством звучат идеи об извлечении энергии из вакуума, пульсирующих полях (которые исключают часть отрицательной работы в замкнутом контуре), преобразованиях энергии при изменениях внутренней структуры пространства-времени, о так называемой «свободной энергии».

Некоторым учёным удаётся получить патенты на особо заумные изобретения, где патентное бюро не в силах сразу распознать вечный двигатель. Более того, великие учёные прошлого, в том числе Роберт Бойль и Иоганн Бернулли, предлагали собственные конструкции вечного двигателя. Многие годы посвятил изобретению вечного двигателя Леонардо да Винчи.

Вечный двигатель Бхаскары, 1150 г

Первое упоминание в исторической литературе о конкретном устройстве вечного двигателя относится к 1150 году. Индийский поэт, математик и астроном Бхаскара в своём стихотворении описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического «перпетуум мобиле» основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Как описывает сам автор, «наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».

Вращающееся колесо часто использовалось в древних вечных двигателях. В каком-то смысле «вечное движение колеса» имело даже религиозный смысл. Ещё в ведической религии колесо символизировало божественное начало. Наука уже в самом начале своего развития стала заимствовать для своих целей некоторые религиозные атрибуты, воплощая их на практике в виде конструктивных элементов различных машин.

Разные модификации колеса Бхаскары встречаются в литературе арабских стран в последующие века. В Европе первые чертежи вечных двигателей появляются одновременно с введением арабских цифр, то есть в начале 13 века.

Рисунок одного из самых старых проектов «перпетуум мобиле» в Европе (около 1235 г.) из альбома Вийяра д’Оннекура

По какой-то причине не сохранилось свидетельств, что над вечными двигателями работали европейские инженеры в античную эпоху, то есть в Древней Греции и Древнем Риме, хотя у них вполне хватало квалификации и знаний для таких экспериментов. Вероятно, в то время просто отсутствовал спрос (общественный заказ) на вечный источник энергии. Проблему энергии успешно решало неограниченное количество рабов, доступных для использования в любое время практически бесплатно.

Таким образом, в Европе проекты вечных двигателей появились только после 12 века. В эпоху Возрождения европейские учёные и изобретатели принялись изучать эту тему с новой силой. Например, Леонардо да Винчи посвятил этому значительную часть своей жизни. Он начал со схем «вечного колеса», известных с прошлых веков, затем пробовал использовать выталкивающую силу воды, водяное колесо, Архимедов винт, с помощью которого древние греки поднимали воду для орошения полей. Естественно, каждый раз Леонардо терпел неудачу, но он долго не сдавался.

На одном из этапов изобретатель произвёл точный расчёт моментов сил для проекта «вечного колеса» и пришёл к выводу: «Суммарный момент сил, вращающих колесо в одну сторону, в точности равен суммарному моменту сил, вращающих колесо в другую сторону». Для своего времени это было серьёзное научное открытие. Фактически, Леонардо да Винчи приблизился к открытию закона сохранения энергии. Кстати, этот закон сформулировал в 1842 году немецкий естествоиспытатель Юлиус Роберт фон Майер, который ещё в 10-летнем возрасте пытался сконструировать вечный двигатель. В возрасте 28 лет учёный опубликовал работу «Замечания о силах неживой природы» в журнале «Анналы химии и фармации». В ней он указал на эквивалентность затрачиваемой работы и производимого тепла и тем обосновал первый закон термодинамики.

В конце концов, Леонардо тоже признал, что вечного двигателя не может существовать. В его записях присутствует фраза: «Я пришёл к выводу о невозможности существования “вечного колеса”. Поиск источника вечного движения – одно из самых глубоких заблуждений человека».

К счастью, в последующие столетия учёные не прислушались к выводу Леонардо да Винчи. Они продолжили попытки изобрести вечный двигатель, делая иногда по ходу поисков замечательные научные открытия.

Вечный двигатель Иоганна Бернулли представляет собой до гениальности простую конструкцию (см. рисунок). В сосуд, в котором находится смесь тяжёлой и лёгкой жидкостей, опущена трубка. Верхний конец трубки открыт, а нижний закрыт мембраной, пропускающей внутрь трубки только более лёгкую жидкость из смеси. Тогда под действием давления более тяжёлой смеси оказавшаяся в трубке лёгкая жидкость будет подниматься. Если правильно подобрать высоту трубки, а также соотношение плотностей жидкостей, то лёгкая жидкость поднимется настолько, что будет выливаться из трубки. Это приведёт к вечному круговороту, и «таким образом, движение жидкости будет вечным».

Роберт Бойль, как и его коллега Иоганн Бернулли, ссылался на круговорот воды в природе — якобы реальный пример вечного двигателя. Бернулли считал, что круговорот воды в природе обусловлен разностью плотностей солёной и пресной воды, а вот Бойль объяснял его действием капиллярных сил. Поднимающаяся по капилляру жидкость должна, по мнению изобретателя, выливаться обратно в сосуд, если длина капилляра не слишком велика.

Как показывает история, такие попытки «сумасшедших» изобретений действительно двигают науку вперёд. Это и есть «вечный двигатель» для науки и технического прогресса. Неудачные эксперименты помогают иначе взглянуть на проблему, лучше разобраться в силах природы и открыть новые ранее неизвестные законы природы.

Например, в конце 16 века голландский математик и инженер Симон Стевин показал чертёж, который на необразованных сограждан мог произвести впечатление вечного двигателя. На этом рисунке два шара справа как будто не могут уравновесить четыре шара слева от вершины треугольника. Таким образом, цепочка шаров якобы должна вечно вращаться против часовой стрелки.

На самом деле Симон Стевин нашёл условие равновесия тел на наклонной плоскости — ещё одно научное открытие.

Другими словами, учёные начали искать неизвестные ранее законы природы, в том числе условия равновесия тел, исходя из постулата о невозможности вечного двигателя. Теперь, глядя на схему очередного «перпетуум мобиле», учёный прежде всего задаёт вопрос: какие силы не не учёл изобретатель на своей схеме вечного двигателя?

Вакуумная энергетическая установка Н.А. Шестеренко (ВЭУШ) на соплах Лаваля. Подробнее см. в книгах автора «ВЭУШ. Генератор вакуумной энергии» и «ВЭУШ и «НОУ-ХАУ». Получение энергии из физического вакуума. Христос творящий»

Изобретатели работают над новыми конструкциями вечного двигателя до сих пор. Физика и химия значительно продвинулись вперёд за прошедшие века, поэтому у авторов таких изобретений гораздо богаче «инструментарий» для применения. В своих конструкциях они используют не только механические конструкции, но и законы гидравлики, проводят опыты с магнетизмом, используют химические реакции, пытаются применить законы квантовой механики и т.д.

Сверх-единичный двигатель Клема

Для некоторых одержимых изобретателей их работа становится делом всей жизни, идеей фикс. Эти люди убеждены, что вечный двигатель существует и ранее уже неоднократно был изобретён, но могучие корпорации и правительства стран не дают таким изобретениям ход. Авторы таких изобретений якобы часто умирают при загадочных обстоятельствах. В воспалённой логике изобретателей это легко объяснить: ведь создание вечного двигателя навсегда изменит ход человеческой истории, полностью перевернёт существующие представления о науке, изменит порядок вещей в экономике и технологиях, лишит источников денег и власти сильных мира сего.

До сих пор в патентное ведомство США каждый год подаются десятки заявок на конструкцию вечного двигателя. Авторы современных изобретений — иногда умные и талантливые люди, которые отличаются богатой технической фантазией и большим опытом практической деятельности, но у них часто не хватает базовых теоретических знаний по физике.

Правда, во многих современных «изобретениях» воскресают в том или ином виде технические идеи, предложенные в средние века, а то и в 12-13 столетиях. Например, до сих пор большой популярностью пользуются вечные двигатели с вращающимся ротором. Часто используются пневматические механизмы, пружинные вечные двигатели, гидравлика, химические реакции, электромагнитные поля.

Некоторые конструкции на первый взгляд даже сложно классифицировать — то ли это вечный двигатель, то ли действительно рабочая машина, которая задействует некие плохо изученные физические процессы. Наверное, можно упомянуть конструкцию «невозможного» двигателя EmDrive, который создаёт тягу в замкнутом контуре. Он прошёл испытания в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА. Научная работа с описанием этого двигателя, вроде бы нарушающего закон сохранения импульса, прошла независимую экспертизу и опубликована в авторитетном научном журнале, а опыты на Земле показали действительное наличие тяги.

Испытательная установка EmDrive в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА

Работающий на непонятном принципе двигатель выдаёт тягу даже в вакууме, где исключена любая тепловая конвекция. Физики выдвигают разные объяснения работы EmDrive. Некоторые говорят, что в резонаторе EmDrive могут появляться пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. И взаимодействие таких фотонов способствует возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Импульс такая волна все же переносит. Есть теория, что тяга EmDrive представляет собой последствие появления «квантового вакуума виртуальной плазмы» частиц, появляющихся и исчезающих в замкнутом контуре пространства-времени.

Надежда найти вечный двигатель даёт изобретателям огромные силы и энергию для работы. Самое главное — направить эту энергию в нужное русло. Тогда побочным результатом их работы могут стать реальные научные и технические открытия, как у Леонардо да Винчи, Роберта Бойля, Иоганна Бернулли, Симона Стевина, Юлиуса Роберта фон Майера и других «сумасшедших» изобретателей.

Как и Парижская академия наук, патентное ведомство США формально не выдаёт патенты на «перпетуум мобиле». Это правило действует больше ста лет. Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/00) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей, поскольку патентные ведомства многих стран рассматривают заявки на изобретения лишь с точки зрения их новизны, а не физической осуществимости.

Хорошо, если работа над вечным двигателем помогает двигать вперёд научно-технический прогресс. Но с сожалением приходится констатировать, что в большинстве случаев это не так. У отдельных изобретателей одержимость вечным двигателем похожа на психическое расстройство. Говорят, что эта болезнь часто развивается по стандартному сценарию: сначала «пациент» пытается построить свой вариант классического «вечного колеса» — колеса, одна сторона которого всегда оказывается тяжелее другой благодаря системе рычагов, перекатывающихся шариков, переливающейся жидкости и так далее.

Работа ребёнка над таким механизмом может быть реальным подспорьем в учёбе, оно помогает школьнику разогреть интерес к физике и точным наукам. Важно не перейти тонкую грань, когда вера в возможность создания вечного двигателя не проходит, а превращается в навязчивую идею на протяжении всей жизни. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Второе начало термодинамики: вечный двигатель второго рода и тепловая смерть Вселенной

Пришла пора разобраться со вторым фундаментальным постулатом термодинамики, который именуется второе начало термодинамики. Второе начало не является доказуемым в рамках классической термодинамики. Его формулировки – результат обобщения опытов, наблюдений и экспериментов. Попытаемся рассказать о нем кратко и понятно.

В прошлой статье по термодинамике мы говорили о термодинамических системах, состоящих из большого числа частиц. Для описания подобных систем используются так называемые функции состояния.

Термодинамическая функция состояния (или термодинамический потенциал) – это функция, зависящая от нескольких независимых параметров, определяющих состояние системы. Чтобы было понятнее, приведем пример. Одна из функций состояния системы – это ее внутренняя энергия. Она не зависит от того, как именно система оказалось в данном состоянии

Энтропия

Еще одно понятие, с которым нужно познакомиться – это энтропия. Для понимания второго начала термодинамики энтропия очень важна. А еще это красивое слово, которое многих ставит в ступор и которым можно блеснуть в компании.

В самом общем случае, энтропия – мера хаотичности некоторой системы

Энтропия

Простой пример : представим, что у вас есть ящик с носками. Если все носки в ящике разбросаны и валяются вперемешку и по одному, энтропия такой системы максимальна. А если носки собраны по парам и лежат аккуратненько в рядок — минимальна.

В термодинамике, энтропия – это функция состояния термодинамической системы, которая определяет меру необратимого рассеивания энергии. Что это значит? Это значит, что какая-то часть внутренней энергии системы не может перейти в совершаемую системой механическую работу. Например, процесс преобразования теплоты в механическую работу всегда сопровождается потерями, в результате которых теплота трансформируется в другие виды энергии.

Энтропия при необратимых термодинамических процессах увеличивается, а при обратимых – остается постоянной. Математическая запись энтропии (S):

Здесь дельта Q – количество теплоты, подведенное или отведенное от системы, T – температура системы, dS – изменение энтропии.

Существует несколько различных формулировок второго начала термодинамики, и вот одна из них:

Энтропия замкнутой системы возрастает при любых необратимых процессах в этой системе

Так как нас интересует именно понимание сути вещей, приведем еще одно самое простое определение:

Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему

К слову, данная формулировка второго начала термодинамики принадлежит Рудольфу Клаузиусу, который и ввел в обиход понятие энтропии.

Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему

И снова вечный двигатель

После разочарования с идеей вечного двигателя первого рода люди и не думали сдаваться. Через какое-то время был придуман вечный двигатель второго рода, работа которого основывалась на передаче тепла и не перечила закону сохранения энергии. Такой двигатель преобразует все тепло, полученное от окружающих тел, в работу. Например, в качестве его реализации предполагалось путем охлаждения океана получить огромное количество теплоты. Но к счастью до охлаждения океана и заморозки рыб дело не дошло, т.к. данная идея противоречит второму началу динамики. КПД любой машины не может быть равен единице, также как тепло не может быть преобразовано в работу полностью. Так что сколько ни старайтесь, а вечный двигатель второго рода создать невозможно, так же как и вечный двигатель первого рода.

Тепловая смерть Вселенной

После введения Рудольфом Клаузиусом понятия энтропии в 1865 году возникло множество споров, домыслов и теорий, связанных с этим понятием. Одна из них – гипотеза о тепловой смерти Вселенной, сформулированная самим Клаузиусом на основе второго начала термодинамики.

Рудольф Клаузиус (1822-1888)

Данная теория, сформулированная Клаузиусом, гласит, что Вселенная, как любая замкнутая система, стремится к состоянию термодинамического равновесия, характеризующемуся максимальной энтропией и полным отсутствием макроскопических процессов, что в свою очередь обессмысливает привычное нам понятие времени. По Клаузиусу: «Энергия мира остается постоянной. Энтропия мира стремиться к максимуму». Это означает, что когда Вселенная придет в состояние термодинамического равновесия, все процессы прекратятся и мир погрузиться в состояние «тепловой смерти». Температура в любой точке Вселенной будет одной и той же, более не будет каких-либо причин, способных вызвать возникновение каких бы то ни было процессов.

Концепция тепловой смерти вселенной еще в недалеком прошлом была довольно широко распространена и являлась предметом активных дискуссий. Так, в книге Джинса «Universe around us» (1932г.) можно найти следующие строки касательно тепловой смерти Вселенной: «Вселенная не может существовать вечно; рано или поздно должно наступить время, когда ее последний эрг энергии достигнет наивысшей степени на лестнице падающей полезности, и в этот момент активная жизнь Вселенной должна будет прекратиться».

Где-то во Вселенной

При выводе своей теории Клаузиус прибегал в своих рассуждениях к следующим экстраполяциям (приближениям):

1. Вселенная рассматривается как замкнутая система.
2. Эволюция мира может быть описана как смена его состояний.

Интересный факт : рассуждения о тепловой смерти позволили церкви заявить, что с научной точки зрения (в том числе и благодаря теории Клаузиуса) можно найти предпосылки, указывающие на существование бога. Так, в 1952 году на заседании «папской академии наук» папа Пий 12-й в своей речи сказал: «Закон энтропии, открытый Рудольфом Клаузиусом, дал нам уверенность, что спонтанные природные процессы всегда связаны с некоторой потерей свободной, могущей быть использованной энергии, откуда следует, что в замкнутой материальной системе в конце концов эти процессы в макроскопическом масштабе когда-то прекратятся. Эта печальная необходимость. красноречиво свидетельствует о существовании Необходимого Существа».

Опровержение теории тепловой смерти Вселенной

Как уже отмечалось выше Клаузиусом, при выводе его теории применялись определенные экстраполяции. Сегодня несмотря на некоторые сложности можно с уверенностью сказать, что подобные выводы являются антинаучными. Дело в том, что существуют определенные границы применимости второго начала термодинамики: нижняя и верхняя. Так, второе начало термодинамики не может быть применено для описания микросистем, размеры которых сравнимы с размерами молекул, и для макросистем, состоящих из бесконечного числа частиц, т.е. для Вселенной в целом.

Второе начало термодинамики не применимо ко Вселенной как замкнутой системе

Собственно первым ученым, установившим статистическую природу второго начала термодинамики и противопоставившим теории тепловой смерти Вселенной так называемую флуктуационную гипотезу, был выдающийся физик-материалист Больцман. Имеет место формула Больцмана, позволяющая дать статистическое истолкование второму началу термодинамики

Здесь S – энтропия системы, k – постоянная Больцмана, P – термодинамическая вероятность состояния, определяющая число микросостояний системы, соответствующих данному макросостоянию. Согласно формуле Больцмана,

То есть термодинамическая вероятность состояния изолированной системы при всех происходящих в ней процессах не может убывать. Однако т.к. для систем, состоящих из бесконечного числа частиц, все состояния будут равновероятными , вышеописанное соотношение неприменимо ко Вселенной. В подобных системах имеют место значительные флуктуации (флуктуация – отклонение истинного значения некоторой величины от ее среднего значения), представляющие собой отклонения от второго начала термодинамики. Согласно Больцману, состояние термодинамического равновесия представляет собой лишь наиболее часто встречающееся и наиболее вероятное; наряду с этим в равновесной системе могут самопроизвольно возникнуть сколь угодно большие флуктуации. То есть во Вселенной, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, постоянно возникают флуктуации, причем одной такой флуктуацией является та область пространства, в которой находимся мы.

Людвиг Больцман (1844-1906)

Современный подход безусловно отвергает теорию тепловой смерти Вселенной. Учитывая огромный возраст Вселенной и тот факт, что она не находится в состояние тепловой смерти, можно сделать вывод о том, что во Вселенной протекают процессы, препятствующие росту энтропии, т.е. процессы с отрицательной энтропией. Однако выводам Больцмана о том, что во Вселенной преобладает состояние термодинамического равновесия, все более противоречит растущий экспериментальный материал астрономии. Материя обладает никогда не утрачиваемой способностью к концентрации энергии и превращения одних форм движения в другие. Так, например, процесс образования из рассеянной материи звезд подчиняется определенным закономерностям и не может быть сведен исключительно к случайным флуктуациям распределения энергии во Вселенной.

Дорогие друзья! Сегодня мы по возможности выяснили, какой смысл имеет понятие энтропии для второго начала термодинамики, узнали, что вечный двигатель второго рода невозможен, а также порадовались, что тепловой смерти Вселенной все-таки не случится. Мы как всегда надеемся на то, что вам понравилась наша статья, в которой мы старались рассказать о термодинамике просто, понятно и интересно. Желаем успехов в учебе и напоминаем – подсказать, помочь, проконсультировать и взять часть нагрузки на себя всегда готовы наши специалисты. Учитесь и живите в свое удовольствие!

• Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
• Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
• Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
• Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

lsvsx

Всё совершенно иначе!

Истина где-то посередине. Так давайте подгребать к ней не теряя достоинства.

«МАГНИТНАЯ МАГИЯ»

Еще в средние века предпринимались неоднократные попытки создать «перпе­туум мобиле» на основе явления магне­тизма.

В 1269 году итальянец Пьетро Перегрино написал трактат «Послание о магните», значительная часть которого посвящена описанию зубчатого железного колеса, расположенного в одном корпусе с мощ­ным магнитом.

Магнит, по убеждению изобретателя, должен отталкивать ближайший к нему зубец, затем следующий, и так далее, от­чего колесо придет в безостановочное движение. Пытался ли сам Перегрино построить такую установку, осталось не­известным.

В 1570 году Иоганн Тэснериус, архи­епископ Кельна, один из приближенных императора Карла Пятого, предложил свой вариант более простого по конс­трукции магнитного вечного двигателя.

Природный магнит размещался на вер­ху стойки, снабженной наклонной плос­костью. По мысли изобретателя, магнит притягивал к себе стальной шар, который поднимался по плоскости наверх, там па­дал вниз через отверстие и снова возвра­щался в исходную точку. По идее, движе­ние шара под действием магнита должно было быть вечным.

Но эту схему уже тогда раскритиковал епископ Уилкинс в своей книге «Матема­тическая магия». Если магнит обладает такой силой притяжения, что поднимает шар по уклону вверх, писал епископ, то вряд ли этот магнит позволит тому же шару упасть вниз через отверстие. Он попросту притянет, «прилепит» шар к себе, и движение сразу же прекратится.

Пытаясь преодолеть подобного рода трудности, изобретатели начали искать особое вещество, способное нейтрали­зовать силы магнетизма, чтобы те как бы включались и выключались в расчетные моменты времени. Если поместить плас­тину из такого вещества между двумя магнитами, уверяли они, то легко удалось бы добиться вечного движения, сочетая в механизме магнитящиеся и не магни­тящиеся материалы, например, медь и железо.

В начале XIX века шотландский изоб­ретатель-самоучка, башмачник по про­фессии Спенс объявил, что он нашел такое чудо-вещество и уже построил, якобы, две прекрасно работающие ма­шины. На какое-то время эта новость стала сенсацией. К сожалению, вскоре выяснилось, что Спенс элементарно сжульничал.

МАШИНА ИНЖЕНЕРА ПЭЙНА

Едва началось развитие электротехни­ки, как изобретатели вечного двигателя тотчас взяли ее возможности в свой ар­сенал.

Самым популярным проектом «перпе­туум мобиле» на основе силы тока ста­ла схема, где электромотор приводил в действие генератор, а тот, в свою очередь, подпитывал энергией без каких-либо по­терь этот же мотор. В результате схема должна была работать вечно без всякой подзарядки. Характерно, что заявки на подобные изобретения подавали не толь­ко самоучки, но даже дипломированные инженеры.

То и дело проносились слухи, что не­кий талантливый инженер из глубинки якобы изобрел генератор, способный за счет атмосферного электричества приводить в непре­рывное дейс­твие мотор мощностью в 20 лошадиных сил! Однако же собственными глазами этот чудо-генератор не видел никто.

Но вот в 1870 году произошла сенсация.

Некий инженер Пэйн продемонстрировал в городе Ньюарке, штат Нью-Джерси, свою электромагнитную машину. Это довольно громоздкое сооружение было установлено на втором этаже большого производственного корпуса.

Машина Пэйна получала импульс от небольшой электрической батарейки, после чего все ее механизмы и узлы приходили в безостановочное движение. Машину осмотрели специалисты, заявившие, что она может быть использована для работы в токарных цехах, лесопильнях и даже на речных судах!

Изобретатель, сразу же ставший знаменитостью, объявил, что машину можно сделать еще совершеннее, если вложить в ее доработку определенные средства. У него, мол, есть замечательные идеи, реализация которых позволит наладить серийный выпуск уникальной новинки. Вскоре он создал компанию, и акции пош­ли нарасхват.

Дела изобретателя шли превосходно до той поры, пока его детищем не заинтере­совался доктор Генри Мортон из того же Ньюарка. Мортон настоял на том, чтобы изобретатель дал ему возможность ос­мотреть машину внимательней.

Поскольку дело получило огласку, и от заключения Мортона во многом зависел дальнейший успех, Пэйн не стал проти­виться этой проверке. Мортон 8 течение нескольких дней чуть ли не с лупой в ру­ках изучал механизмы машины, но ника­кого подвоха не обнаружил.

Машина по-прежнему включалась от маленькой батарейки, после чего работа­ла целый день без остановки, пока Пэйн сам не выключал ее.

Обычно это происходило около шести часов вечера. Мортон был уже готов при­знать подлинность изобретения, но решил устроить еще одну про­верку, ибо его не покидали сомнения.

В тот день он невольно задержался до вечера. Вдруг машина остановилась.

Мортон машинально взглянул на часы: было шесть вечера.

Он попросил Пэйна включить машину еще ненадолго, но тот, явно смутившись, отвечал, что произошла поломка некой детали. Но Мортон уже догадался об ис­тинной причине остановки.

Этажом ниже располагался цех, обору­дованный обычным паровым двигателем.

Цех заканчивал работу ровно в шесть часов вечера. Очевидно, установка Пэйна была подключена к хорошо замаскиро­ванному приводу от паровой машины, а батарейка служила лишь для отвода глаз.

Уже назавтра Пэйн исчез вместе со сво­ей машиной. Но в помещении осталась часть металлической рамы, служившей для монтажа установки. Рама оказалась полой внутри, причем размер полости был таков, что вполне позволял замаски­ровать в ней приводной ремень, идущий из нижнего цеха.

Так лопнул еще один «электротехничес­кий» миф о вечном двигателе.

ВЕЧНЫЙ НАНОДВИГАТЕЛЬ

В наши дни происходит бурное разви­тие нанотехнологий. И вот уже загово­рили о возможности создания вечного двигателя на их основе. В серьезных из­даниях появляются сообщения о первых успехах в этом направлении.

Не в любительских мастерских, а в из­вестных научных центрах, таких, как Ка­лифорнийский университет, Барселона, Болонья и других будто бы уже создан нанодвигатель, не нуждающийся в хими­ческом топливе.

Напоминающий по форме крошечную гантель с кольцом на рукоятке, он совер­шает полный цикл за время, меньшее одной тысячной доли секунды. Этот про­цесс можно сравнить с работой автомо­бильного мотора, совершающего 60 тыс. тактов в минуту.

Теперь остается лишь создать поверх­ностные покрытия и мембраны из мно­жества подобных нанодвигателей, работающих согласованно. Они-то и будут производить механическую ра­боту в любом заданном объеме.

Изюминка здесь заключается в том, что нанодвигатель, строго говоря, не относится к разряду «перпетуум мобиле», поскольку он расходует энер­гию в процессе своей работы, только берет ее из «дармовых», «неисчерпа­емых» источников — из солнечного света, за счет разницы температур, перепадов атмосферного давления. Но с точки зрения рядового потре­бителя, то есть, каждого из нас, такой двигатель, конечно же, является «веч­ным», поскольку не требует никакой подзарядки.

Удастся ли создать его для массово­го и удобного использования, войдет ли он широко в наш быт, или же оста­нется на уровне научных эксперимен­тов, покажет не столь уже отдаленное будущее.