Вечные двигатели 2 типа. Вечный двигатель: изобретаем невозможное

Когда речь заходит о вечном двигателе, главная проблема — путаница в формулировках. Почему-то некоторые считают, что вечный двигатель – это машина, которая движется постоянно, что она никогда не останавливается. Эта правда, но лишь отчасти.

Действительно, если вы однажды установили и запустили вечный двигатель, он должен будет работать до «скончания времён». Назвать срок работы двигателя «долгим» или «продолжительным» – значит сильно преуменьшить его возможности. Однако, ни для кого не секрет, что вечного двигателя в природе нет и не может существовать.

Но как же быть с планетами, звездами и галактиками? Ведь все эти объекты находятся в постоянном движении, и это движение будет существовать постоянно, до тех пор пока существует Вселенная, пока не наступит время вечной, бесконечной, абсолютной темноты. Это ли не вечный двигатель?

Именно при ответе на этот вопрос и вскрывается та путаница в формулировках, о которой мы говорили в начале. Вечное движение не есть вечный двигатель! Само по себе движение во Вселенной «вечно». Движение будет существовать до тех пор, пока существует Вселенная. Но так называемый вечный двигатель — это устройство, которое не просто движется бесконечно, оно еще и вырабатывает энергию в процессе своего движения. Поэтому верно то определение, которое даёт Википедия :

В интернете можно найти множество проектов, которые предлагают модели вечных двигателей. Глядя на эти конструкции, можно подумать, что они способны работать без остановки, постоянно вырабатывая энергию. Если бы нам действительно удалось спроектировать вечный двигатель, последствия были бы ошеломляющими. Это был бы вечный источник энергии, более того, бесплатной энергии. К сожалению, из-за фундаментальных законов физики нашей Вселенной, создание вечных двигателей невозможно. Разберёмся, почему это так.

Физика работы вечного двигателя

В нашей Вселенной безраздельно властвует закон сохранения энергии . Согласно этому закону, энергия всегда сохраняется. Это означает, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Вместо этого она просто переходит из одного состояния в другое. Чтобы движение осуществлялось постоянно, энергия системы должна всегда оставаться постоянной и никуда не выделяться. Из одного этого факта следует, что вечный двигатель построить нельзя.

Почему? Чтобы поддерживать постоянное движение, мы должны соблюсти много требований к нашему устройству:

1. Машина не должна иметь каких-либо «трущихся» частей. Любая движущаяся часть не должна касаться других деталей. Трение, которое будет создано между деталями, в конечном счете приведёт к тому, что двигатель потеряет свою энергию. Создание гладкой поверхности недостаточно, так как не существует идеально гладких объектов. Тепло всегда будет генерироваться при трении двух частей (образование тепла требует энергетических затрат, поэтому двигатель будет терять энергию).
2. Машина должна работать в вакууме (без воздуха). Этот пункт напрямую связан с причиной, указанной в предыдущем пункте. Эксплуатация машины не в вакууме приведет к потере ее энергии за счет трения между движущимися частями и воздухом. Хотя потеря энергии из-за трения деталей двигателя о воздух очень мала, помните, что мы говорим о вечных двигателях. То есть, если существует малейший механизм потерь, то двигатель в конце концов потеряет свою энергию (даже если это займет очень много времени).
3. Двигатель не должен воспроизводить звук. Звук также является формой передачи энергии. Если машина издает какие-либо звуки, это ведёт к потере энергии. Хотя эта проблема исчезнет, если двигатель будет работать в вакууме, поскольку в вакууме звук распространяться не может.

И даже если предположить, что когда-нибудь мы сможем соблюсти все эти условия и построить такое устройство, которое будет двигаться вечно. Сможем ли мы получать из него энергию? Да, но только ту энергию, которая использовалась для приведения этого устройства в движение. Вечный двигатель в реальной жизни будет просто хранить изначально переданную ему энергию. Мы должны помнить, что энергия не может быть создана; она всегда лишь преобразуется из одной формы в другую. Так что, если вам удастся построить идеальную машину, способную двигаться вечно, вам понадобится энергия, чтобы запустить её. Это единственная энергия, которую вы сможете в конечном итоге получить обратно.

Всем нам кажется, что мы живём в эру, когда придумать что-то новое практически невозможно, и уникальные и главные изобретения человечества уже действуют или хотя бы рассматриваются в проекте. Люди научились создавать беспроводную связь, роботов и даже искусственные органы, но до сих пор существует одна вещь, которая остается загадкой, будоражащей умы ученых.

Многие поколения исследователей и изобретателей гнались за призрачной мыслью о создании вечного двигателя, и, хотя в наше время ученые вывели гипотезу, что это всего лишь миф, и существование подобной технологии нереально, есть люди, которые своими изобретениями навсегда вошли в историю, ломая все писаные и неписаные законы физики и прорываясь вперед. Эти идеи гениальны или сумасшедшие? Судите сами.

Колесо Бхаскара

Одним из самых древних упоминаний о механизме вечного двигателя стали труды известного математика и астронома Бхаскара Второго. Концепция его удивительного, для того времени творения была описана ещё в далёком 1150 году. Изобретение ученого заключается в простой конструкции: на колесо крепятся вогнутые внутрь спицы, которые наполняются ртутью. При легком вращении ртуть начинает двигаться по направлению, тем самым приводя колесо в состояние дисбаланса. Пытаясь достичь покоя, колесо будет находиться в постоянном движении.

За много веков тысячи ученых и исследователей пытались усовершенствовать и видоизменить колесо Бхаскары, некоторые из них настолько сильно верили в гениальность этой идеи, что даже придумали специальные тормоза для контроля механизма.

В наше время мы понимаем, что эта идея слишком проста и банальна. Мы не сможем получить нужную энергию благодаря работе подобного механизма. Но для того времени колесо Бхаксары стало удивительным открытием, которые будоражило и завораживало людей, не знающих элементарных законов физики. Люди начали описывать идею колесообразного вечного энергетического потока во многих трудах европейских и исламских изобретателей, а индуисты уверенно твердили, что изобретение связано с кругом жизни и реинкарнацией человека.

«Перпетуум-мобиле»

Одним из самых загадочных механизмов, которые играли роль потенциального вечного двигателя и неиссякаемой энергии, стало изобретение под названием Perpetuum mobile. В далеком 1604 году известный алхимик и изобретатель Корнеллиус Дребль продемонстрировал механизм вечного двигателя английскому двору, чем поразил всех своих современников.

До сих пор никто не может описать вечный двигатель Дребелля, а всё потому, что, будучи алхимиком до мозга костей, ученый постоянно повторял, что механизм является результатом приручения «огненного духа воздуха». Концепция механизма отдаленно напоминала хронометр и не нуждалась в заводке, при этом показывая действующую фазу луны и точную дату.

К сожалению, современные ученые не имеют возможности изучить данное изобретение. Единственное, на что они могут опираться - это древние записи и картины известных художников, таких как Рубенс, которые изобразили «Перпетуум-мобиле» на своих холстах.

Хотя изобретение вызвало огромный ажиотаж по всей Европе, принеся Дребеллю известность, умер изобретатель в полной нищете. Самое удивительное и необъяснимое в вечном двигателе Корнелиуса Дреббеля то, что, хотя мы и не знаем, как и почему он работал, вы точно видели его намного чаще, чем можете представить.

Ученый проделал длинный путь от сына простого фермера, до изобретателя первой в мире подводной лодки. Но с годами он всё чаще стал посещать забегаловки и пабы, связываясь с сомнительными «изобретателями», которые основательно испортили его репутацию.

Водяной винт

«Вечный двигатель» Фладда, построенный в 1618 г. Гравюра на дереве. 1660

Как и все его ученые предшественники, Роберт Фладд был типичным изобретателем своего времени. Общество, которое верило в существование темной магии, философского камня и алхимии, конечно же, пыталось найти способ вывести идеальный рецепт вечного двигателя.

Роберт Фладд (1574 - 1637).

Фладд даже для своего времени был довольно эксцентричной персоной и всецело предавался своим догадкам и предположениям, свято веря, что все законы природы, науки и физики — это всего лишь проделки Бога, который неустанно следит за человечеством.

Его изобретение «Водяного винта», датируемое 1618 годом, было направлено на помощь фермерам того времени, которые работали в нечеловеческих условиях и для обработки большого количества зерна должны были доставлять его к водяным мельницам, перерабатывать и отвозить обратно.

Концепция «Водяного винта» заключалась в вечном движении водяного колеса под действием циркуляции воды. Такое изобретение полностью уничтожало все известные законы физики, однако были те, кто поддерживал подобную идею и пытался развивать её.

Колесо Бесслера

Иоганн Бесслер (1680 - 1745).

Восемнадцатый век подарил миру великого и по-своему сумасшедшего ученого по имени Иоганн Бесслер. Его механизм вечного двигателя строился на ранее представленных исследованиях Бхаскары. Ученый утверждал, что для вечного движения нужен элементарный дисбаланс, который заставил бы предмет находиться в постоянном движении.

В 1717 году Бесслер решил испытать изобретенное им устройство. Он поместил 4-х метровое колесо в закрытую комнату, приставив к ней охрану для пущей надежности и не подпускал к изобретению никого на протяжении двух недель.

Первый в историии действующий образец «вечного двигателя» Бесслера.

Когда комнату открыли, колесо вращалось с прежней скоростью. Схему решили повторить для большей надежности, для этого закрыв помещение практически на три месяца, но когда ученый вернулся к своему изобретению, ничего не изменилось, и колесо пребывало в движении.

Даже после глобального прорыва в сфере вечного движения Бесслер остался скрытной и совершенно замкнутой личностью. Он не желал подробно рассказывать о принципах работы своего колеса, при этом повторяя, что каждый умный и сообразительный человек сможет создать такое же устройство, и принцип работы его механизма основан на простом дисбалансе.

Не выдержав давления и постоянного интереса прессы того времени, Бесслер сломал колесо и стер все сведения о его принципах работы, забрав секрет с собой в могилу. Однако ученые нашего времени не отвергают гипотезу Бесслера, и в начале 2014 года известный инженер и исследователь Джон Коллинз объявил, что близится к разгадке тайны бесслероского колеса.

Часы Кокса

Удивительным изобретением стали знаменитые часы Джеймса Кокса. Впервые уникальное устройство ученый представил на публике в 1774 году. К часам прилагалась документация, которая гласила, что они созданы с помощью механических и философских учений, а также объяснялись принципы работы, которые подтверждали тот факт, что часы не требуют дополнительной заводки.

Если опираться на описанный в инструкции механизм, вечный двигатель часов Кокса работает благодаря алмазу, который понижает трение металлов внутри конструкции, из-за чего часы практически вечны. Кроме того, ученый заявил, что при создании устройства использовал мистику.

Также гениальность изобретения Кокса заключается в том, что часы были закрыты плотным стеклом, которое не позволяло пыли проникнуть внутрь, а работа устройства зависела от атмосферного давления. Джеймс Кокс оставил свой отпечаток в истории механики как гениальный изобретатель, подаривший миру часы, которые не требовали никакого обслуживания и могли, в прямом смысле этого слова, ремонтировать сами себя.

«Тестатика»

Одним из самых сомнительных, тайных и невероятных механизмов вечного двигателя стало изобретение известного часовщика и основателя религиозной секты Meternitha Пауля Бауманна. На создание подобного механизма Бауманна сподвигло недостаточное освещение в его камере, в которой он отбывал наказание за растление несовершеннолетней девушки.

Как рассказывал сам изобретатель, перед ним предстало видение, которое поведало ему секрет вечного двигателя и подвигло на создание религиозной общины. Выйдя из тюрьмы в 1950 году, Бауманн начал проповедовать здоровый образ жизни вместе с догмами общества. Для создания экологически чистой зоны приспешники религии Meternitha используют вечный двигатель Бауманна, который, по их словам, поглощал электрическую энергию природы.

Машина получила название «Тестатика» и стала культовым символом для всех последователей секты. Секрет механизма находится под таинственной защитой мистических сил, и никто из посторонних людей не может выведать информацию о способе его работы. Хотя существует короткий документальный фильм, созданный в 1999 году, но он, к сожалению, не открывает всех секретов. Ещё одним загадочным обстоятельством стало самоубийство болгарского физика, который вначале 90-х попытался найти объяснение работе «Тестатики».

Батарейка Николае Карпена

В Национальном техническом музее Румынии хранится уникальное наследие, оставленное миру гениальным инженером и физиком Николае Василеску-Карпеном. В 50-х годах прошлого века ученый изобрел батарею, которая продолжает функционировать и сегодня. Деятели науки всего мира ломают голову над загадкой этого механизма, но даже сейчас они не достигли консенсуса.

Батарейка долгое время была забыта учеными, и о ней вспомнили только раздельно двадцать первого века, когда в музее нашлось место и средства для представления экспоната. Но каково было удивление ученых, когда они обнаружили, что спустя 60 лет батарейка работает, и, как и раньше, обеспечивает стабильное напряжение.

Карпен был известен как невероятно умный ученый. Современный мир запомнит его благодаря уникальным достижениям в области телеграфов и передачи сигналов на огромные расстояния. Возможно, и его батарейка в скором времени приведет к значительному прорыву в технологиях человечества. Но даже если прорыва не случится, каждый из нас будет не против такого устройства, которое работает на протяжении 60-ти лет.

Энергетическая машина Джо Ньюмана

Конец девятнадцатого и начало двадцатого века стали пиковым временем для различных изобретений, которые должны были создать вечную энергию. Но каждый из этих механизмов оказывался очередным провальным мошенническим устройством, на котором хотели только поживиться. В связи с подобным всплеском, с 1911 года получить патент на вечный двигатель и неиссякаемую энергию стало практически невозможно.

Но одного исследователя не остановило даже это. В 1984 году ученый-любитель, не окончивший и средней школы, попытался запатентовать свой вечный двигатель, выступив в вечерней программе новостей на телеканале CMS. Джо Ньюман представил устройство, состоящее из аккумуляторов и множества катушек.

Люди не могли поверить своим глазам, но после тщательного изучения механизма ученые отвергли все доводы Ньюмана. Даже после такого глобального фиаско Джо не сдался и до последнего твердил, что идею вечного двигателя ему послал сам Бог.

Инопланетная машина Дэвида Хамела

Ещё одной неимоверной историей современности стал рассказ самопровозглашенного хранителя вечной энергии и космического аппарата Дэвида Хамела.

Изобретатель доказывает всем, что является сыном простого плотника, что он так и не окончил никакого высшего учебного заведения, и что его украли инопланетяне. Если первые два факта можно назвать правдивыми, то о достоверности третьего судить невозможно.

Чертёж космического аппарата Дэвида Хамела.

Однако, сам Хамел утверждает, что он встречался с существами с планеты под названием Кладен, и они уверили его, что он должен создать космический корабль и изменить мир.

Согласно его «теории», «вечный аккумулятор энергии» работает в точности, как простой земной паук. Также Дэвид рассказывает историю о том, что первый космический корабль, который он построил, улетел.

По его легенде, после запуска машины, она самостоятельно взлетела и отправилась в полет над Тихим Океаном, и именно поэтому исследователь вновь принялся за постройку корабля. К сожалению или к счастью, научных объяснений корабль Дэвида не имеет. Возможно, в скором времени, благодаря наследию, оставленному учеными, человечество и откроет секрет вечного двигателя. Но, к сожалению, на данном этапе развития, научные деятели утверждают, что источника вечной энергии не может существовать.

Введение......................................................................................................................................................................... 3

1. Исторические попытки создания вечного двигателя.............................................. 4

2. Конструкция вечного двигателя.................................................................................................... 6

3. Первые проекты вечных двигателей......................................................................................... 10

4. Парадоксальность существования вечного двигателя........................................ 14

Заключение.................................................................................................................................................................. 16

Список использованной литературы.............................................................................................. 17

Введение

О «вечном двигателе», «вечном движении» часто говорят и в прямом и в переносном смысле слова, но не все отдают себе отчёт, что, собственно, надо подразумевать под этим выражением. Вечный двигатель - это такой воображаемый механизм, который безостановочно движет сам себя и, кроме того, совершает ещё какую-нибудь полезную работу. Такого механизма никто построить не смог, хотя попытки изобрести его делались уже давно. Бесплодность этих попыток привела к твердому убеждению в невозможности вечного двигателя и к установлению закона сохранения энергии - фундаментального утверждения современной науки. Что касается вечного движения, то под этим выражением подразумевается непрекращающееся движение без совершения работы.

С психологической точки зрения идея вечного движения всегда была крайне заманчива: ведь практическая реализация искусственно созданного замкнутого энергетического цикла, несомненно, привела бы к эпохальному перевороту в науке и технике с глубокими общественно-экономическими последствиями. Кроме отрицания существа современных физических теорий это означало бы, что построенный вечный двигатель явился бы первой в мире машиной с идеальным рабочим циклом. Его совершенство и максимальная эксплуатационная экономичность оказали бы огромнейшее влияние на развитие мировой экономики. Человечество навсегда избавилось бы от страха перед нехваткой энергии, который неумолимо преследует его сегодня. Тем самым разработка такого реального вечного двигателя затмила бы все сделанные до сих пор изобретения и открытия.

1. Исторические попытки создания вечного двигателя

Если верить историческим документам, древние греки и римляне к идее вечного двигателя относились равнодушно. Римлянам вполне хватало рабов, а греки слишком хорошо разбирались в механике.

Европейские механики заразились идеей вечного двигателя от индусов. В XII веке индийский математик и астроном Бхаскара (Bhaskara) «придумал» первый известный истории вечный двигатель - колесо, по окружности которого под определенным углом крепились емкости, частично заполненные ртутью. По мере вращения колеса ртуть перетекала из одного конца емкости в другой, заставляя колесо совершить очередной оборот. Очевидно, что Бхаскара позаимствовал дизайн своего вечного двигателя у знаменитого круга вечного возвращения и никогда не пытался построить описанное им устройство. Возможно, он даже не задумывался, насколько реальна его конструкция, - для Бхаскары это была всего лишь удобная математическая абстракция.

Однако европейские механики, ознакомившиеся с трудами Бхаскары приняли удачный дизайн. Одним из них был Виллар де Оннекур (Villard de Honnecourt, XIII век). За свою жизнь он сделал много полезного, но в историю вошел как очередной изобретатель perpetuum mobile. Его конструкция практически полностью повторяла вариант Бхаскары, но наряду с использованием ртути Оннекур предлагал еще один способ. По его мнению, эффекта вечного движения можно было добиться, разместив по окружности колеса нечетное количество молоточков. При вращении колеса молоточки будут бить по нему, не давая остановиться, полагал Оннекур.

Проявил недюжинный интерес к этой проблеме и Леонардо да Винчи. Относился он к вечным двигателям весьма скептически, однако не пожалел времени как на обстоятельную критику вариаций на тему колеса Бхаскары, так и на подробный разбор ошибок своего соотечественника Франческо ди Джорджио (Francisco di Georgio). Сложные системы из помп и мельничных колес на бумаге выглядели очень правдоподобно и даже работали, но, увы, не являлись вечными двигателями. Принципиальная невозможность построения такой системы стала общим местом лет через двести после Леонардо, однако в 1950-х гг. идея использовать в качестве источника вечной энергии воду получила второе рождение в работах Виктора Шаубергера (Viktor Schauberger).

Роберт Фладд (Robert Fludd, 1574–1637) - известный философ, мистик и, возможно, член полумифического братства розенкрейцеров - в трактате «De Simila Naturae», сославшись на безымянного итальянского изобретателя, приводит эскиз водяного двигателя, но сомневается, что этот двигатель будет работать. По иронии судьбы Фладда обычно считают сторонником идеи вечного движения, иногда приписывая ему авторство чертежей, которые он помещал в своих книгах.

2. Конструкция вечного двигателя

Интерес европейской науки к магнитам не мог не отразиться и на конструкции вечных двигателей. Известный ученый, первый секретарь Британского Королевского общества епископ Джон Уилкинс (Bishop John Wilkins of Chester, 1614–72) долгие годы отстаивал возможность постройки вечного двигателя на базе магнитов. В качестве доказательства верности своих представлений Уилкинс использовал эскиз двигателя, состоящего из магнита, железного шарика и специальных дорожек, по которым шарик сначала падал вниз под действием гравитации, а потом подтягивался к магниту. И хотя успешный опытный образец построить так и не удалось, Уилкинс до самой смерти полагал, что на основе его любимой конструкции все-таки можно построить вечный двигатель. Нужно только еще немного поработать над этим.

Высшей точки развития механические вечные двигатели достигли благодаря Иоганну Эрнсту Элиасу Бесслеру (Johann Bessler, 1680–1745), известному также как Orffyreus (латинизированная криптограмма Bessler). Жизнь Бесслера, славившегося дурным характером, является хорошей иллюстрацией полезности патентного права. Свой вечный двигатель изобретатель хотел продать за сто тысяч талеров (около двух с половиной миллионов долларов по сегодняшнему курсу) и никому не соглашался раскрыть секрет изобретения до продажи. При малейшем подозрении, при малейшем намеке на то, что секрет хотят похитить, Иоганн Бесслер уничтожал чертежи и прототипы и переезжал в другой город.

В 1719 году Бесслер под псевдонимом Orffyreus публикует трактат «Perpetuum Mobile Triumphans», в котором, в частности, утверждает, что ему удалось создать «мертвую материю, которая не только двигает себя, но может использоваться для поднятия весов и выполнения работы».

Двумя годами раньше прошла самая впечатляющая демонстрация изобретения Бесслера. Вечный двигатель с диаметром вала больше 3,5 м был приведен в действие 17 ноября 1717 года. В этот же день комната, в которой он находился, была заперта, и открыли ее только 4 января 1718 года. Двигатель все еще работал: колесо крутилось с той же скоростью, что и полтора месяца назад.

За семь лет активных экспериментов (1712–19) Бесслер построил более трехсот прототипов двух моделей вечного двигателя. В первых прототипах колесо вращалось только в одну сторону, и, чтобы его остановить, требовалось приложить значительные усилия, в поздних - вал мог крутиться в любом направлении и останавливался довольно легко. Любая из конструкций Бесслера не просто находилась на энергетическом самообеспечении. Энергии хватало и на то, чтобы выполнять какую-нибудь работу: например, поднимать тяжести.

Но ни многочисленные сертификаты, выданные независимыми комиссиями, ни публичные демонстрации не принесли Бесслеру денег, на которые он собирался построить школу для инженеров. Максимум, что он смог получить от власть имущих, - четыре тысячи талеров единовременно и дом в подарок от ландграфа Карла, хозяина замка Вайсенштайн (Weissenstein).

Принципы действия двигателей Бесслера точно не известны. Сегодня мы знаем лишь, что он не использовал напрямую идеи Бхаскары, а также «водяной принцип». Бесслер был опытным часовщиком, и по количеству деталей его двигатели вполне могли сравниться с механическими часами. Возможно, он придумал сложную систему противовесов для сохранения нестабильности системы вкупе с пружинными механизмами, время от времени катализирующими вращение колеса.

До того, как был открыт закон сохранения энергии, в течение столетий упорно делались попытки создать такую машину, которая позволяла бы совершать больше работы, чем затрачивается энергии. Она заранее получила название « perpetuum mobele».

Вечный двигатель - воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время

Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно: «Общее и философское понятие «perpetuum mobile» содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какого-нибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать».

Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций:

Подъём воды с помощью архимедова винта;

Подъём воды с помощью капилляров;

Использование колеса с неуравновешивающимися грузами;

Природные магниты;

Электромагнетизм;

Пар или сжатый воздух.

Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.

Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя.

Двигатели, которые работают за счёт разности энергий, возникающей во времени и пространстве, появились давно. Часть из них действует по очень простому и вполне ясному принципу. Но есть и такие, которые можно принять за вечный двигатель второго рода: разобраться, почему они работают, совсем непросто.

3. Первые проекты вечных двигателей

Сейчас трудно установить, когда, где и кем был предложен первый проект вечного двигателя. Есть данные о том, что в трактате великого индийского математика Бхаскара Ачарья (1114-1185 гг.) «Сиддханта Сиромани» (ок. 1150 г.)есть упоминание о perpetuum mobile. Об этом же говорится в сочинении араба Фахра ад-дин-Ридваи бен Мохаммеда (ок. 1200 г.). В Европе первые известия о perpetuum mobile связаны с именем одного извыдающихся людей XIII века - Виллара д’Оннекура - французского архитектора и инженера.

Как и большинство деятелей того времени, он занимался и интересовался многими делами: строительством соборов, созданием грузоподъемных сооружений, пилы с водяным приводом, военной стенобитной машины и даже. дрессировкой львов. Он оставил дошедшую до наших дней «Книгу рисунков» - альбом с записями и чертежами (ок. 1235-1240 гг.), которая хранится в парижской национальной библиотеке.

Все механические вечные двигатели средневековья основаны на одной и той же идее, идущей от д"Онекура: создании постоянного неравновесия сил тяжести на колесе или другом постоянно движущемся под их действием устройстве. Это неравновесие должно вращать колесо двигателя, а от него приводить в действие машину, выполняющую полезную работу.

Все такие двигатели можно разделить на две группы, отличающиеся видом груза- рабочего тела. К первой группе относятся тем, в которых используются грузы из твердого материала, ко второй - те, в которых грузом служат жидкости.

Количество разных вариантов perpetuum mobile в обеих группах огромно.

Начнем с двигателей первой группы. Итальянский инженер Мариано ди Жакопо из Сиены (недалеко от Флоренции) в рукописи, датируемой 1438 годом, описал двигатель, повторяющий по существу идею д"Онекура. Грузы, представляющие собой толстые прямоугольные пластины, закреплены так, что могут откидываться только в одну сторону. Число их нечетно; поэтому с одной стороны при любом положении их будет больше, чем с другой. Это и должно вызвать непрерывное вращение колеса.

Англичанин Эдуард Соммерсет, тоже разработавший механический вечный двигатель в виде колеса с твердыми грузами и в 1620 году построивший его, принадлежал в отличие от своих предшественников к самым аристократическим кругам общества.

Он носил титул маркиза Вустерширского и был придворным короля Карла I. это не мешало ему серьезно заниматься механикой и разными техническими проектами.

Эксперимент по созданию двигателя был поставлен с размахом. Мастера изготовили колеса диаметром 14 футов (около 4 м); по его периметру было размещено 14 грузов по 50 фунтов (около 25 кг) каждый. Испытание машины в лондонском Тауэре прошло с блеском и вызвало восторг у присутствующих, среди которых были такие авторитеты, как сам король, герцог Ричмондский и герцог Гамильтон. К сожалению, чертежи этого perpetuum mobile до нас не дошли, так же как и технический отчет об этом испытании; поэтому установить, как оно проходило по существу, нельзя. Известно только, что в дальнейшем маркиз этим двигателем больше не занимался, а перешел к другим проектам.

Аллесандро Капра из Кремоны (Италия) описал еще один вариант вечного двигателя в виде колеса с грузами. Двигатель представлял собой колесо с 18 расположенными по окружности равными грузами. Каждый рычаг, на котором закреплен груз, снабжен опорной деталью, установленной под углом 90˚ к рычагу. Поэтому грузы на одной стороне колеса, находящиеся по горизонтали на большем расстоянии от оси, чем с другой, должны всегда поворачивать его и заставлять непрерывно вращаться.

Жидкостные вечные двигатели принципиально ничем не отличаются от описанных ранее perpetuum mobile первой группы. Разница состоит только в том, что вместо перемещающихся относительно колеса грузов используется жидкость, переливающаяся при его вращении так, чтобы ее центр тяжести перемещался в нужном направлении.

Все такие двигатели в разных видах развивали идею индийца Бхакскара (1150 г.). По описанию можно представить лишь принципиальную схему двигателя. На окружности колеса под определенным углом к его радиусам закреплены на равных расстояниях замкнутые трубки, создавая таким образом разницу веса в правой и левой частей колеса.

Все последующие проекты механических perpetuum mobile как с жидкими, так и с твердыми грузами, в сущности, повторяли одну и ту же идею: создать так или иначе постоянный перевес одной стороны колеса над другой и тем заставить его непрерывно вращаться.

Большое внимание, которое уделяли изобретатели вечных двигателей попыткам использовать для них гидравлику, конечно, не случайно.

Хорошо известно, что гидравлические двигатели были широко распространены в средневековой Европе. Водяное колесо служило, по существу, основной базой энергетики средневекового производства вплоть до XVIII века.

В Англии, например, по земельной описи было 5000 водяных мельниц. Но водяное колесо применялось не только в мельницах; постепенно его стали использовать и для привода молота в кузницах, ворота, дробилки, воздуходувных мехов, станков, лесопильных рам и так далее. Однако «водяная энергетика» была привязана к определенным местам рек. Между тем техника требовала двигатель, который мог бы работать везде, где он нужен. Совершенно естественной поэтому была мысль о водяном двигателе не зависимом от реки, действительно половина дела - использовать напор воды - была ясна. Тут накопился достаточный опыт.

Оставалась другая половина - создать такой напор искусственно.

Способы непрерывно подавать воду снизу вверх были известны еще с античных времен. Самым совершенным из нужных для этого устройств был архимедов винт.

Если соединить такой насос с водяным колесом, цикл замкнется. Надо только для начала залить водой бассейн наверху. Вода, стекая из него, будет крутить колесо, а насос, приводимый от него, снова подаст воду вверх. Таким образом, получается гидравлический двигатель, работающий, так сказать, «на самообслуживании». Никакой реки ему не нужно; он сам создаст необходимый напор и одновременно приведет в движение мельницу или станок.

Для инженера того времени, когда понятия об энергии и законе ее сохранения еще не было, в такой идее не было ничего странного. Множество изобретателей работало, пытаясь воплотить ее в жизнь. Только некоторые умы понимали, что это невозможно; одним из первых среди них был универсальный гений - Леонардо да Винчи. В его тетрадях был найден эскиз гидравлического вечного двигателя.

Машина состоит из двух, связанных между собой устройств А и В, между которыми установлена чаша, заполняемая водой. Устройство А представляет собой архимедов винт, подающий воду из нижнего резервуара в чашу.

Устройство В вращается, приводимое в движение водой, сливающейся из чаши, и крутит насос А - архимедов винт; отработавшая вода сливается снова в резервуар.

4. Парадоксальность существования вечного двигателя

Нельзя получить энергии одного вида больше, чем другого при любых превращениях энергии, т.к. это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, т.е. такой двигатель, в котором в результате превращения энергии одного вида ее получается больше, чем было.

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 в значительной степени способствовала развитию и становлению науки о превращениях энергии - термодинамики. 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 и не возобновляемых ресурсов.

Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя французский инженер Сади Карно: «Общее и философское “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какого-нибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способную выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нем находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять ее движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.»

Действительно, положение о невозможности осуществления вечного двигателя первого рода очевидно для современного человека, который со школьных лет знает закон сохранения энергии. Закон сохранения энергии был сформулирован еще в 1748 году М.В. Ломоносовым, который писал: «так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому телу, которое от него движение получает.»

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

Заключение

Вечный двигатель - воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %).

Существует несколько видов вечных двигателей. Вечный двигатель первого рода - воображаемое 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 вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.

Вечный двигатель второго рода - воображаемая машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики.

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 остается никаких сомнений в том, что данные постулаты верны и создание вечного двигателя невозможно.

Список использованной литературы

1. Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения. М., 1996.

2. Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1999.

3. Кирпичёв В. Л. Беседы по механике. М.: ГИТЛ, 2006.

4. Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его. СПб.,2007.

5. Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня. М.: Мир, 1984.

6. Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи. М.: Знание, 1980.

7. Перельман Я. И. Занимательная физика. Кн. 1 и 2. М.: Наука, 2009.

Согласно историческим записям, первым человеком, предложившим построить подобную машину был ученый, живший в 12 веке. Именно в это время начались Крестовые походы европейцев на Святую Землю. Развитие ремесла, хозяйства и техники потребовало разработки новых источников энергии. Популярность идеи вечного двигателя стала стремительно расти. Ученые пытались построить его, но их попытки не увенчались успехом.

Еще более популярной эта идея стала в 15-16 веках с развитием мануфактурного производства. Проекты вечного двигателя предлагались всеми, кому не лень: от простых ремесленников, мечтавших наладить свою небольшую фабрику, до крупных ученых. Леонардо да Винчи, Галилео Галилей и другие великие исследователи после многочисленных попыток создать вечный двигатель пришли к общему мнению, что это в принципе невозможно.

К такому же мнению пришли ученые, жившие в 19 веке. Среди них был Герман Гельмгольц и Джеймс Джоуль. Они независимо друг от друга сформулировали закон сохранения энергии, характеризующий протекание всех процессов во Вселенной.

Вечный двигатель первого рода

Из этого фундаментального закона следует невозможность создания вечного двигателя первого рода. Закон сохранения энергии гласит, что энергия ниоткуда не появляется и никуда бесследно не исчезает, а лишь принимает новые для себя формы.

Вечный двигатель первого рода - воображаемая система, способна совершать работу (т.е. производить энергию) неограниченное время без доступа энергии извне. Реальная подобная система может совершать работу только засчет своей внутренней энергии. Но эта работа будет ограничена, так как запасы внутренней энергии системы не бесконечны.

Тепловой двигатель для производства энергии должен выполнять определенный цикл, а значит - каждый раз возвращаться в начальное состояние. Первое начало термодинамики гласит, что двигатель для совершения работы должен получать энергию извне. Вот почему невозможно построить вечный двигатель первого рода.

Вечный двигатель второго рода

Принцип работы вечного двигателя второго рода заключался в следующем: отнимать у океана энергию, понижая при этом его температуру. Это не противоречит закону сохранения энергии, но построение такого двигателя также невозможно.

Все дело в том, что это противоречит второму началу термодинамики. Оно заключается в том, что энергия от более холодного тела не может передаваться более горячему в общем случае. Вероятность такого события стремится к нулю, так как оно нерационально.

Современная классификация вечных двигателей

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.

История

Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя - задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары , а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде . В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своём стихотворении, датируемом примерно 1150 г., 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» . Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики , приблизительно к XIII веку. 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.

Неудачные 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.

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

Экономическая эффективность

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 .

См. также

Примечания

1. Перельман Я. И. В поисках вечного двигателя (Въ поискахъ вѣчнаго двигателя). - «Природа и люди», 1915, № 32, с. 508-510. На странице 509.
2. Большая российская энциклопедия
3. Большая советская энциклопедия , 3-е изд.
4. Ю. Румер , М. Рывкин. §9. Круговые процессы. Цикл Карно // Термодинамика, статистическая физика и кинетика. - Рипол Классик, 1977. - ISBN 9785458513012 .
5. ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Наиболее ранние сведения о вечных двигателях
6. Стефанова А. Суета сует, или краткая летопись изысканий вечного движения // Мир измерений. 2013. № 6. С. 62-64.
7. Histoire de l’Académie royale des sciences, 1775, p. 61, 65
8. «Вечный двигатель» PrimeInfo
9. Вечный двигатель // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов . - М. : Большая российская энциклопедия, 2004-2017.
10. Бродянский В.М. Вечный двигатель: прежде и теперь. - М. , 2001. - С. 225.
11. , с. 104-105.
12. , с. 114-116.
13. Я. И. Перельман Занимательная физика. Книга 2.
14. Томилин А. К., Аксенова Н. В., Шевчук А. С. Анализ одного "вечного" двигателя // Молодой ученый. - 2015. - № 10. - С. 330-333.
15. , с. 108.

Литература

• Александров Н. Е., Богданов А. И., Костин К. И. и др. Основы теории тепловых процессов и машин. Часть II / Под ред. Н. И. Прокопенко. - 4-е изд. (электронное). - М. : Бином. Лаборатория знаний, 2012. - 572 с. -