Evighetsmaskin

Perpetual motion machine ( lat.  perpetuum mobile , bokstavligen - för evigt i rörelse ) - en imaginär oändligt långverkande anordning som gör att du kan få mer användbart arbete än den mängd energi som tillförs den utifrån (perpetual motion maskin av det första slaget) eller gör att du kan ta emot värme från en reservoar och helt omvandla den till arbete (perpetual motion-maskin av det andra slaget) [2] [3] . Det är omöjligt att skapa en evighetsmaskin, eftersom dess funktion skulle motsäga termodynamikens första eller andra lag [4] [5] [6] [7] .

Det är dock möjligt att skapa mekanismer som kan fungera, om än inte på obestämd tid, men på obestämd tid (tills deras komponenter slits) utan mänsklig inblandning. Till skillnad från en evighetsmaskin bryter de inte mot termodynamikens lagar, eftersom de hämtar energi från miljön (det kan till exempel vara solens energi eller radioaktivt sönderfall) .

Modern klassificering av evighetsmaskiner

Både termodynamikens första och andra lag introducerades som postulat efter upprepad experimentell bekräftelse av omöjligheten att skapa evighetsmaskiner. Från denna början har många fysikaliska teorier vuxit fram, verifierade av många experiment och observationer, och forskare har inga tvivel om att dessa postulat är sanna, och skapandet av en evighetsmaskin är omöjligt. I synnerhet kan termodynamikens andra lag formuleras som ett av följande (motsvarande) postulat:

  1. Kelvins postulat  - det är omöjligt att skapa en periodiskt fungerande maskin som endast utför mekaniskt arbete genom att kyla den termiska reservoaren.
  2. Postulat av Clausius  - spontan överföring av värme från kallare kroppar till varmare är omöjligt.

Maxwells demon och Brownska spärrhake , om sådana anordningar var genomförbara, skulle tillåta förverkligandet av en evighetsmaskin av det andra slaget. Det har dock bevisats att driften av sådana system som slutna (utan energiutbyte med miljön) är omöjlig.[ specificera ] .

Berättelse

Det första dokumenterade försöket att bygga en evighetsmaskin går tillbaka till 800-talet: en magnetisk struktur byggdes i Bayern i form av ett pariserhjul . År 1150 föreslog den indiske filosofen Bhaskara sin evighetsrörelsemaskin [9] . I sin dikt beskriver han ett slags hjul med långa, smala kärl, halvfyllda med kvicksilver, fästa snett längs kanten. Funktionsprincipen för denna första mekaniska perpetuummobil var baserad på skillnaden i tyngdmomenten som skapades av vätskan som rörde sig i kärl placerade på hjulets omkrets. Bhaskara motiverar rotationen av hjulet helt enkelt: "Hjulet som sålunda är fyllt med vätska, är monterat på en axel som ligger på två fasta stöd, roterar kontinuerligt av sig självt" [10] . Det bayerska schemat och Bhaskara-schemat är något liknande, men deras uppfinningar, när de studeras, visar energiförlust i varje cykel [9] . Separata anteckningar om evig rörelse finns i arabiska manuskript från 1500-talet, lagrade i Leiden , Gotha och Oxford [11] .

Renässansen sporrade uppfinnarnas ansträngningar. År 1635 utfärdades det första patentet för en evighetsmaskin [9] . Bland teckningarna av Leonardo da Vinci hittades en gravyr med en teckning av en evighetsmaskin, men i allmänhet var han skeptisk till idén om en evighetsmaskin [10] . Han var engagerad i att avslöja de skapade strukturerna och jämförde deras skapande med sökandet efter de vises sten [9] . Vid 1500- och 1600-talen var idén om en evighetsmaskin särskilt utbredd. Vid denna tidpunkt växte antalet projekt av evighetsmaskiner som lämnats in för övervägande till de europeiska ländernas patentkontor snabbt .

År 1712 föreslog Johann Bessler , efter att ha studerat cirka 300 scheman, sin egen modell. Enligt legenden avslöjade hans hembiträde hans bil som ett smart bedrägeri [9] .

Förutom hängivna uppfinnare har det förekommit fall i historien där charlataner har avslöjats som försökt förmedla sin design med dolda energikällor som evighetsmaskiner. Trots att ingen har lyckats uppfinna en evighetsmaskin har experiment hjälpt fysiker att studera värmemotorernas natur [9] .

År 1775 hade så många system av evighetsmaskiner föreslagits att Royal Academy of Sciences i Paris beslutade att inte acceptera fler [9] på grund av den uppenbara omöjligheten att skapa dem [12] [13] . Det amerikanska patentverket har inte utfärdat patent för perpetuum mobile på över hundra år [14] . Den internationella patentklassificeringen behåller dock sektioner för hydrodynamiska ( sektion F03B 17/04 ) och elektrodynamiska ( avsnitt H02K 53/00 ) evighetsmaskiner.

Uppfinnare

Perpetual motion designs från historien

På fig. 1 visar en av de äldsta designerna av en evighetsmaskin. Det representerar ett kugghjul , i vars urtagningar gångjärnsvikter är fästa. Tändernas geometri är sådan att vikterna på vänster sida av hjulet alltid är närmare axeln än på höger sida. Enligt författarens uppfattning borde detta, i enlighet med spakens lag , ha fört hjulet i konstant rotation. Under rotation skulle lasterna luta sig åt höger och behålla drivkraften.

Men om ett sådant hjul tillverkas kommer det att förbli orörligt. Anledningen till detta är att även om vikterna till höger har en längre arm, till vänster finns det fler av dem. Som ett resultat är kraftmomenten till höger och vänster lika.

På fig. 2 visar enheten för en annan motor. Författaren bestämde sig för att använda Arkimedes lag för att generera energi . Lagen är att kroppar vars densitet är mindre än vattnets densitet tenderar att flyta upp till ytan. Därför placerade författaren ihåliga tankar på kedjan och placerade den högra halvan under vatten. Han trodde att vattnet skulle trycka upp dem till ytan och kedjan med hjul på så sätt skulle rotera oändligt.

Följande beaktas inte här: flytkraften är skillnaden mellan vattentrycken som verkar på de nedre och övre delarna av ett föremål nedsänkt i vatten. I designen som visas i figuren kommer denna skillnad att tendera att trycka ut de tankar som står under vatten på höger sida av bilden. Men på den lägsta tanken, som täpper till hålet, kommer bara tryckkraften på dess högra yta att verka. Och det kommer att balansera eller överstiga kraften som verkar på resten av tankarna.

Pseudomotor

En pseudo-perpetual motion-maskin (gratuitous motion machine, imaginary perpetual motion machine [15] , pseudo -perpetual motion machine [16] ) är en mekanism som kan fungera på obestämd tid (tills dess komponenter slits ut) utan mänsklig inblandning, men till skillnad från en evighetsmaskin, bryter inte mot termodynamikens lagar . Den hämtar energi från miljön (det kan till exempel vara solens energi eller radioaktivt sönderfall).

Olika sorter

Kända pseudo-perpetual motion-maskiner som använder: energin från periodiska dagliga fluktuationer i atmosfärstryck [17] [18] ; termisk expansionsenergi på grund av dygnstemperaturfluktuationer [19] [18] ; sönderfallsenergi för radium [20] ; solenergi ( magnetisk termisk motor ) [21] [22] .

På 1760-talet uppfann John Cox en klocka som drevs av förändringar i atmosfärstrycket . Sådana klockor finns fortfarande idag och kan köras för evigt [9] .

Ekonomisk effektivitet

Ya. I. Perelman [19] och N. V. Gulia [18] skriver att gratismotorer är ekonomiskt olönsamma för industriell användning på grund av den låga kostnaden för den producerade energin jämfört med kapitalinvesteringar i deras skapande och underhåll.

Till exempel, för att spola en klocka för en arbetsdag, behövs energi J. Om denna mekanism fungerar i flera år, kommer den under sin livslängd att generera energi J. Med kostnaden för mekanismen i dollar, kostnaden för att producera en kilowattimme energi med dess hjälp kommer att vara tusen dollar [18] .

V. M. Brodyansky anser att denna slutsats är felaktig, eftersom kostnaden för enheten inte är proportionell mot dess storlek [16] .

Ett exempel på en pseudo-perpetual motion-maskin av 2:a slaget

Analys av en specifik design av en evighetsmaskin av det andra slaget kan vara en icke-trivial uppgift, särskilt om vi talar om en komplex struktur eller en vars funktionsprincip inte är alls tydlig vid första anblicken, eller energiflödet och deras källa är inte uppenbar. Låt oss fixa till exempel ena änden av en bimetallplatta som arbetar med att böja , och hänga en last från den andra änden och placera den resulterande strukturen i det fria . På grund av temperaturfluktuationer kommer plattan att böjas / räta ut, och lasten kommer att stiga och falla, det vill säga enheten kommer att fungera. Genom att ersätta lasten med en spärrmekanism får vi en mekanisk drivning som kan utföra användbart arbete genom att utvinna energi från den enda termiska reservoaren - miljön . Men eftersom miljön växelvis fungerar som antingen en värmare eller en kylare, finns det ingen motsägelse med termodynamikens andra lag . Den övervägda designen är alltså inte en evighetsmaskin utan en pseudo -perpetuell rörelsemaskin av det andra slaget [23] .

Evig rörelse

Det finns många fysiska processer där, på grund av kvanteffekter , rörelse kan ske nästan för evigt utan att förbruka energi, men också utan att frigöra den. Exempel är slingströmmar i supraledare och virvlar i en superfluid vätska.

se även

Anteckningar

  1. ↑ Perelman Ya. I. På jakt efter en evighetsmaskin (In search of a perpetual motion machine). - "Natur och människor", 1915, nr 32, sid. 508-510. På sidan 509.
  2. ↑ Perpetuum mobile  // Stora ryska encyklopedin  : [i 35 volymer]  / kap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
  3. ↑ Perpetuum mobile // Veshin - Gazli. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1971. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 volymer]  / chefredaktör A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 5).
  4. ↑ Derry, Gregory N. Vad vetenskap är och hur det  fungerar . - Princeton University Press , 2002. - P. 167. - ISBN 978-1400823116 .
  5. ↑ Roy, Bimalendu Narayan. Grunderna i klassisk och statistisk  termodynamik . - John Wiley & Sons , 2002. - P. 58. - ISBN 978-0470843130 .
  6. ↑ Definition av evig  rörelse . Oxforddictionaries.com (22 november 2012). Hämtad 27 november 2012. Arkiverad från originalet 16 juni 2020.
  7. ↑ Sébastien Point, Free energy: when the web is freewheeling, Skeptikal Inquirer, januari februari 2018
  8. ↑ Yu. Rumer , M. Ryvkin. §9. cirkulära processer. Carnotcykel // Termodynamik, statistisk fysik och kinetik. - Ripol Classic , 1977. - ISBN 9785458513012 .
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Kaku, Michio . Perpetuum mobile // Det omöjligas fysik. - M . : Alpina facklitteratur, 2016. - S. 349-367. — 456 sid. - ISBN 978-5-91671-496-8 .
  10. ↑ 1 2 Stefanova A. Vanity of vanities, eller en kort krönika om forskning om evighetsrörelse Arkivexemplar daterad 30 maj 2019 på Wayback Machine // World of Measurements. 2013. Nr 6. S. 62-64.
  11. ↑ Maskin för evig rörelse. Den tidigaste informationen om evighetsmaskiner (otillgänglig länk) . Hämtad 12 februari 2007. Arkiverad från originalet 15 augusti 2015. 
  12. ↑ Académie des sciences (Frankrike) Auteur du texte. Histoire de l'Académie royale des sciences ... avec les mémoires de mathématique & de physique ... tirez des registres de cette Académie  (fr.) . Gallica (1775). Hämtad 31 maj 2021. Arkiverad från originalet 3 juni 2021.
  13. ↑ I ett antal auktoritativa källor (till exempel: Bogolyubov A.N. Mechanics in the history of mankind. - M . : Nauka, 1978. - S. 78. - 152 s. - (History of science and technology). , Gelfer Ya. M. Lagars bevarande - M . : Nauka, 1967. - S. 48. - 264 s. ) 1755 är felaktigt angiven.
  14. ↑ "Perpetuum Mobile " Arkiverad 26 april 2018 på Wayback Machine PrimeInfo
  15. ↑ Perpetuum mobile  // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 volymer]  / kap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
  16. ↑ 1 2 Brodyansky V.M. Perpetuum mobile: förr och nu. - M. , 2001. - S. 225.
  17. ↑ Perelman, 1972 , sid. 104-105.
  18. ↑ 1 2 3 4 Gulia N. V. Fantastisk fysik. - M., ENAS-BOOK, 2014. - ISBN 978-5-91921-236-2 . - Med. 270-274
  19. ↑ 1 2 Perelman, 1972 , sid. 114-116.
  20. ↑ Ya. I. Perelman Underhållande fysik. Bok 2. Arkiverad 3 april 2019 på Wayback Machine
  21. ↑ Presnyakov A. G. Författarcertifikat från Sovjetunionen daterat 28 februari 1978 Magnetisk-termisk motor Arkivkopia daterad 27 juli 2019 på Wayback Machine
  22. ↑ Aliev Sh. M., Kamilov I. K., Aliev M. Sh. Omvandlare av solenergi till mekanisk energi baserad på en magnetisk-termisk motor Arkivkopia av 27 juli 2019 på Wayback Machine // DAN RF 2009 nr 3
  23. ↑ Alexandrov N. E. et al., del 2, 2012 , sid. 108.

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Motorer
se även evighetsmaskin Kuggväxelmotor gummimotor