Stroj na věčný pohyb

Perpetum mobile machine ( lat.  perpetuum mobile , doslova - věčně se pohybující ) - pomyslné nekonečně dlouho působící zařízení, které umožňuje získat užitečnější práci , než je množství energie, které je mu předáváno zvenčí (perpetum mobile prvního druhu) resp. umožňuje přijímat teplo z jednoho zásobníku a zcela jej převádět na práci (perpetum mobile druhého druhu) [2] [3] . Je nemožné vytvořit stroj s věčným pohybem, protože jeho činnost by odporovala prvnímu nebo druhému zákonu termodynamiky [4] [5] [6] [7] .

Je však možné vytvořit mechanismy, které mohou fungovat, i když ne neomezeně, ale neomezeně (až do opotřebení jejich součástí) bez lidského zásahu. Na rozdíl od perpetum mobile neporušují termodynamické zákony, protože čerpají energii z okolí (může to být například energie Slunce nebo radioaktivní rozpad) .

Moderní klasifikace perpetum mobile

První i druhý termodynamický zákon byly zavedeny jako postuláty po opakovaném experimentálním potvrzení nemožnosti vytvořit stroje věčného pohybu. Z těchto počátků vyrostlo mnoho fyzikálních teorií ověřených mnoha experimenty a pozorováními a vědci nepochybují o tom, že tyto postuláty jsou pravdivé a vytvoření perpetum mobile je nemožné. Zejména druhý termodynamický zákon může být formulován jako jeden z následujících (ekvivalentních) postulátů:

  1. Kelvinův postulát  - není možné vytvořit periodicky pracující stroj, který vykonává mechanickou práci pouze chlazením tepelného zásobníku.
  2. Clausiův postulát  - spontánní přenos tepla z chladnějších těles na teplejší je nemožný.

Maxwellův démon a Brownova ráčna , pokud by taková zařízení byla proveditelná, by umožnily realizaci stroje s věčným pohybem druhého druhu. Bylo však prokázáno, že provoz takových systémů jako uzavřených (bez výměny energie s okolím) je nemožný.[ specifikovat ] .

Příběh

První doložený pokus o sestrojení perpetuum mobile se datuje do 8. století: v Bavorsku byla postavena magnetická konstrukce v podobě ruského kola . V roce 1150 navrhl indický filozof Bhaskara svůj stroj na věčný pohyb [9] . Ve své básni popisuje jakési kolo s dlouhými úzkými nádobami, zpola naplněnými rtutí, připevněnými šikmo podél okraje. Princip fungování tohoto prvního mechanického perpetuum mobile byl založen na rozdílu gravitačních momentů vytvářených kapalinou pohybující se v nádobách umístěných po obvodu kola. Bhaskara ospravedlňuje rotaci kola docela jednoduše: „Kolo takto naplněné kapalinou, namontované na ose ležící na dvou pevných podpěrách, se neustále samo otáčí“ [10] . Bavorské schéma a Bhaskarovo schéma jsou si do jisté míry podobné, ale jejich vynálezy při studiu vykazují energetické ztráty v každém cyklu [9] . Samostatné poznámky o neustálém pohybu se nacházejí v arabských rukopisech 16. století, uložených v Leidenu , Gotha a Oxfordu [11] .

Renesance podnítila úsilí vynálezců. V roce 1635 byl vydán první patent na perpetum mobile [9] . Mezi kresbami Leonarda da Vinciho byla nalezena rytina s kresbou perpetuum mobile, ale obecně byl k myšlence perpetum mobile skeptický [10] . Zabýval se odhalováním vytvořených struktur, srovnával jejich tvorbu s hledáním kamene mudrců [9] . V 16.–17. století byla myšlenka věčného stroje obzvláště rozšířená. V této době rychle rostl počet projektů perpetum mobile předložených k posouzení patentovým úřadům evropských zemí .

V roce 1712 Johann Bessler , který prostudoval asi 300 schémat, navrhl svůj vlastní model. Podle legendy jeho služebná odhalila jeho auto jako chytrý podvodník [9] .

Kromě oddaných vynálezců se v historii objevily i případy odhalení šarlatánů, kteří se snažili vydávat své návrhy se skrytými zdroji energie za stroje věčného pohybu. Navzdory tomu, že se nikomu nepodařilo vynalézt perpetum mobile, experimenty pomohly fyzikům studovat podstatu tepelných strojů [9] .

V roce 1775 bylo navrženo tolik schémat strojů s věčným pohybem, že se Královská akademie věd v Paříži rozhodla již nepřijímat [9] z důvodu zjevné nemožnosti jejich vytvoření [12] [13] . Americký patentový úřad nevydal patenty na perpetuum mobile již více než sto let [14] . Mezinárodní patentové třídění však zachovává sekce pro hydrodynamické ( sekce F 03 B 17/04 ) a elektrodynamické ( sekce H 02 K 53/00 ) stroje s trvalým pohybem.

Vynálezci

Perpetum motion designy z historie

Na Obr. 1 ukazuje jeden z nejstarších návrhů perpetum mobile. Představuje ozubené kolo , v jehož vybráních jsou upevněna sklopná závaží. Geometrie zubů je taková, že závaží na levé straně kola jsou vždy blíže k ose než na pravé straně. Podle představ autora by to v souladu se zákonem páky mělo uvést kolo do neustálého otáčení. Během rotace by se břemena naklonila doprava a udržela by si hnací sílu.

Pokud se však takové kolo vyrobí, zůstane nehybné. Důvodem této skutečnosti je, že ačkoliv mají závaží vpravo delší rameno, na levé je jich více. V důsledku toho jsou momenty sil vpravo a vlevo stejné.

Na Obr. 2 znázorňuje zařízení jiného motoru. Autor se rozhodl využít Archimédův zákon k výrobě energie . Zákon říká, že tělesa, jejichž hustota je menší než hustota vody, mají tendenci vyplavat na povrch. Proto autor umístil na řetěz duté nádrže a pravou polovinu umístil pod vodu. Věřil, že je voda vytlačí na povrch a řetěz s kolečky se tak bude nekonečně otáčet.

Zde se nebere v úvahu: vztlaková síla je rozdíl mezi tlaky vody působícími na spodní a horní část předmětu ponořeného do vody. V designu znázorněném na obrázku bude mít tento rozdíl tendenci vytlačit ty nádrže, které jsou pod vodou na pravé straně obrázku. Ale na nejnižší nádrž, která ucpe otvor, bude působit pouze síla tlaku na její pravý povrch. A vyrovná nebo překročí sílu působící na zbytek nádrží.

Pseudo motor

Pseudověčný pohybový stroj (bezplatný pohybový stroj, imaginární perpetuální pohybový stroj [15] , pseudověčný pohybový stroj [16] ) je mechanismus, který může fungovat neomezeně dlouho (dokud se jeho součásti neopotřebují) bez zásahu člověka, ale na rozdíl od perpetum mobile, neporušuje zákony termodynamiky . Energii čerpá z okolí (může to být například energie Slunce nebo radioaktivní rozpad).

Odrůdy

Známé stroje pseudo-perpetum mobile, které využívají: energii periodických denních výkyvů atmosférického tlaku [17] [18] ; energie tepelné roztažnosti v důsledku denních teplotních výkyvů [19] [18] ; energie rozpadu radia [20] ; sluneční energie ( magnetický tepelný motor ) [21] [22] .

V 60. letech 18. století vynalezl John Cox hodiny, které byly poháněny změnami atmosférického tlaku . Takové hodiny existují dodnes a mohou běžet navždy [9] .

Ekonomická efektivita

Ya. I. Perelman [19] a N. V. Gulia [18] píší, že volné motory jsou pro průmyslové využití ekonomicky nerentabilní kvůli nízkým nákladům na vyrobenou energii ve srovnání s kapitálovými investicemi do jejich vytvoření a údržby.

Například k natahování hodin za jeden pracovní den je potřeba energie J. Pokud tento mechanismus funguje roky, bude během své životnosti generovat energii J. Při ceně mechanismu v dolarech jsou náklady na výrobu kilowatthodina energie s jeho pomocí bude tisíc dolarů [18] .

V. M. Brodyansky považuje tento závěr za nesprávný, neboť cena zařízení není úměrná jeho velikosti [16] .

Ukázka pseudoperpetuum mobile 2. druhu

Analýza konkrétního návrhu perpetuum mobile 2. druhu může být netriviálním úkolem, zvláště pokud se bavíme o složité konstrukci nebo o takové, jejíž princip fungování není na první pohled vůbec jasný, případně energetické toky a jejich zdroj není zřejmý. Upevníme například jeden konec bimetalové desky pracující na ohybu a na druhý konec zavěsíme břemeno a výslednou konstrukci umístíme na vzduch . V důsledku kolísání teploty se deska ohne / narovná a zátěž bude stoupat a klesat, to znamená, že zařízení bude fungovat. Nahrazením zátěže ráčnovým mechanismem získáme mechanický pohon schopný vykonávat užitečnou práci odebíráním energie z jediného tepelného zásobníku – prostředí . Ale protože prostředí střídavě působí buď jako ohřívač nebo jako chladič, není zde žádný rozpor s druhým termodynamickým zákonem . Uvažovaný design tedy není perpetum, ale pseudoperpetum mobile 2. druhu [23] .

Perpetum mobile

Existuje mnoho fyzikálních procesů, kde může díky kvantovým efektům docházet k pohybu téměř navždy, aniž by spotřebovával energii, ale ani ji neuvolňoval. Příkladem jsou smyčkové proudy v supravodičích a víry v supratekuté kapalině.

viz také

Poznámky

  1. ↑ Perelman Ya. I. In search of a perpetual mobile machine (In search of a perpetual mobile machine). - "Příroda a lidé", 1915, č. 32, s. 508-510. Na straně 509.
  2. ↑ Perpetuum mobile  // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
  3. ↑ Perpetuum mobile // Veshin - Gazli. - M .  : Sovětská encyklopedie, 1971. - ( Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / šéfredaktor A. M. Prochorov  ; 1969-1978, sv. 5).
  4. ↑ Derry, Gregory N. Co je věda a jak  funguje . - Princeton University Press , 2002. - S. 167. - ISBN 978-1400823116 .
  5. ↑ Roy, Bimalendu Narayan. Základy klasické a statistické  termodynamiky . - John Wiley & Sons , 2002. - S. 58. - ISBN 978-0470843130 .
  6. ↑ Definice perpetuálního  pohybu . Oxforddictionaries.com (22. listopadu 2012). Získáno 27. listopadu 2012. Archivováno z originálu 16. června 2020.
  7. ↑ Sébastien Point, Volná energie: když web běží na volnoběh, Skeptikal Inquirer, leden únor 2018
  8. ↑ Yu Rumer , M. Ryvkin. §9. kruhové procesy. Carnotův cyklus // Termodynamika, statistická fyzika a kinetika. - Ripol Classic , 1977. - ISBN 9785458513012 .
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Kaku, Michio . Perpetuum mobile // Fyzika nemožného. - M . : Alpina literatura faktu, 2016. - S. 349-367. — 456 s. - ISBN 978-5-91671-496-8 .
  10. ↑ 1 2 Stefanova A. Marnost marností aneb stručná kronika výzkumu perpetual motion Archivní kopie z 30. května 2019 na Wayback Machine // World of Measurements. 2013. č. 6. S. 62-64.
  11. ↑ Perpetum mobile. Nejstarší informace o strojích s věčným pohybem (nepřístupný odkaz) . Získáno 12. února 2007. Archivováno z originálu 15. srpna 2015. 
  12. ↑ Académie des sciences (Francie) Auteur du texte. Histoire de l'Académie royale des sciences ... avec les mémoires de mathématique & de physique ... tyrez des registres de cette Académie  (fr.) . Gallica (1775). Získáno 31. května 2021. Archivováno z originálu dne 3. června 2021.
  13. ↑ V řadě směrodatných zdrojů (například: Bogolyubov A.N. Mechanika v dějinách lidstva. - M. : Nauka, 1978. - S. 78. - 152 s. - (Dějiny vědy a techniky). , Gelfer Ya. M. Ochrana zákonů - M. : Nauka, 1967. - S. 48. - 264 s. ) 1755 je chybně uvedeno.
  14. ↑ „Perpetuum Mobile “ Archivováno 26. dubna 2018 na Wayback Machine PrimeInfo
  15. ↑ Perpetuum mobile  // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
  16. ↑ 1 2 Brodyansky V.M. Perpetuum mobile: dříve a nyní. - M. , 2001. - S. 225.
  17. ↑ Perelman, 1972 , str. 104-105.
  18. ↑ 1 2 3 4 Gulia N. V. Úžasná fyzika. - M., ENAS-BOOK, 2014. - ISBN 978-5-91921-236-2 . - S. 270-274
  19. ↑ 1 2 Perelman, 1972 , str. 114-116.
  20. ↑ Ya. I. Perelman Zábavná fyzika. Kniha 2. Archivováno 3. dubna 2019 na Wayback Machine
  21. ↑ Presnyakov A. G. Autorské osvědčení SSSR ze dne 28. února 1978 Magneticko-tepelný motor Archivní kopie ze dne 27. července 2019 na Wayback Machine
  22. ↑ Aliev Sh. M., Kamilov I. K., Aliev M. Sh. Konvertor sluneční energie na mechanickou energii na bázi magneticko-tepelného motoru Archivní kopie z 27. července 2019 na Wayback Machine // DAN RF 2009 č. 3
  23. ↑ Alexandrov N. E. et al., část 2, 2012 , str. 108.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Motory
viz také stroj na věčný pohyb Převodový motor gumový motor