Вечный двигатель. Вечный двигатель электромагнитный


Вечный двигатель - это... Что такое Вечный двигатель?

Мнимый вечный двигатель с перекатывающимися шарами. Фото 1915 года

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

Современная классификация вечных двигателей

  • Вечный двигатель первого рода — 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 осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.
  • Вечный двигатель второго рода — машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления 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 остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно.

Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счет охлаждения теплового резервуара.

Постулат Клаузиуса — самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к более горячим невозможен.

История

Индийский или арабский вечный двигатель с небольшими косо закреплёнными сосудами, частично наполненными ртутью

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[1]. 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. Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя.

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

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.

Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

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

В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. Патентное ведомство США не выдаёт патенты на perpetuum mobile уже более ста лет[2]. 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.[источник не указан 418 дней]

Известные «изобретатели» вечных двигателей

Проект вечного двигателя Орфиреуса

Литература

  • Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения. М., 1926.
  • Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
  • Кирпичёв В. Л. Беседы по механике. М.: ГИТЛ, 1951.
  • Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его. СПб., 1909.
  • Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня / Пер. с чеш. И. Е. Зино; Предисл. А. Т. Григорьяна.. — М.: Мир, 1984. — 256 с. — (В мире науки и техники). — 100 000 экз.
  • Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи. М.: Знание, 1980.
  • Перельман Я. И. Занимательная физика. Кн. 1 и 2. М.: Наука, 1979.
  • Петрунин Ю. Почему идея вечного двигателя не существовала в античности? // Петрунин Ю. Ю. Призрак Царьграда: неразрешимые задачи в русской и европейской культуре. — М.: КДУ, 2006, с. 75-82

Примечания

  1. ↑ ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Наиболее ранние сведения о вечных двигателях
  2. ↑ «Вечный двигатель» PrimeInfo

См. также

Литература

Ссылки

dikc.academic.ru

Kvant. Вечный двигатель — PhysBook

А так ли хорошо знаком вам вечный двигатель? // Квант. — 2003. — № 3. — C. 32-33.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Искатели вечного движения, какое количество пустейшихзамыслов пустили вы в мир!Леонардо да Винчи

Нельзя устроить часы, которые заводились бы сами собоюи сами поднимали гири, движущие механизм.Джероламо Кардано

Создание вечного двигателя абсолютно невозможно...Из решения Парижской Академии наук, 1775 г.

...нам пришлось бы допустить, что можно ввести в действие автоматическую машинуи получать путем охлаждения моря или земли механическое действие в любомколичестве, вплоть до исчерпания всей теплоты суши и моря...Уильям Томсон

Определяя вечное движение, нужно быть очень осторожным.Ричард Фейнман

Отчего столько эмоций на протяжении многих столетий вызывала идея perpetuum mobile — вечного двигателя? Очевидно, необыкновенно привлекательной была да и по сию пору остается воображаемая возможность добывать из ничего неограниченное количество энергии (вечный двигатель I рода) или превращать сколь угодно тепла в работу (вечный двигатель II рода). Но стоит ли обращаться к этой теме, если ее неоднократно, даже официальными постановлениями ученых собраний, раз и навсегда закрывали? Стоит, поскольку немало полезного можно вынести из размышлений, почему именно такие устройства нельзя создать.

Как показывает история, практически всякий раз, когда обнаруживались новые природные явления или неизвестные ранее эффекты, многие изобретатели сразу же пытались использовать их для обоснования возможности перпетуум мобиле и предлагали новые его проекты. Даже в нашей небольшой подборке задач и любопытных фактов вы найдете «представителей» механических, гидравлических, капиллярных, тепловых и электромагнитных вечных двигателей.

Вопросы и задачи

  1. Является ли обращение планет вокруг Солнца примером перпетуум мобиле?
  2. В двух трубках, накрест закрепленных на валу, находится ртуть. По идее автора проекта, ртуть должна перетекать справа налево, заставляя колесо непрерывно вращаться. Так ли это? Img vech-dvig-001.gif
  3. Раздвигая поршни в цилиндре вблизи дна сосуда, можно добиться его всплытия, сдвигая у поверхности воды — погружения. Нельзя ли такой механизм использовать для «бесплатного» подъема грузов? Img vech-dvig-002.gif
  4. В проекте этого вечного двигателя вода за счет капиллярных сил должна была подниматься по фитилю, стекать в верхний сосуд, а затем вращать водяное колесо. Что же помешало воде? Img vech-dvig-003.gif
  5. Изменится ли что-нибудь, если фитиль в последнем проекте заменить на тонкую смачиваемую водой капиллярную трубку?
  6. Достигнет ли КПД тепловых машин 100%, если трение в их частях удастся свести к нулю?
  7. Может ли существовать такое вещество, которое удастся перевести из некоторого начального состояния в одно и то же конечное состояние и адиабатически, и изотермически?
  8. При растворении в воде некоторых веществ, например гипосульфита, температура раствора понижается. Если использовать такой раствор в качестве холодильника, а окружающую среду — в качестве нагревателя, можно совершить некоторую работу. После высыхания раствора цикл повторяют. Не кроется ли здесь возможность создания вечного двигателя?
  9. Основой игрушки «Пьющий утенок» или «Птичка Хоттабыча» является запаянная ампула с трубочкой, заполненная легкоиспаряющейся жидкостью. Птичка периодически «пьет», опуская клюв в стакан с водой. Можно ли это устройство считать вечным двигателем?
  10. Между обкладками плоского конденсатора расположен провод, нижняя часть которого опущена в чистую воду. По мысли автора проекта, из-за того что электрическое поле в воде ослаблено, на свободные заряды в верхней части провода будет действовать большая сила со стороны поля, чем в нижней, и в проводе все время будет поддерживаться ток. Почему это невозможно? Img vech-dvig-004.gif
  11. Генератор электрического тока, однажды приведенный в движение, питает током электродвигатель, а тот, в свою очередь, вращает якорь генератора. Можно ли считать такую установку вечным двигателем?

Микроопыт

Впервые за всю историю «Калейдоскопа» мы не предлагаем вам провести эксперимент (т.е. сконструировать перпетуум мобиле), а напротив, решительно советуем воздержаться от этого, даже если очень захочется. Почему — читайте дальше признание изобретателя Бехера.

Любопытно, что...

...со времени первого представления проекта вечного двигателя в начале XVII века и до начала XX века Британское патентное бюро рассмотрело более 600 заявок, причем львиная их доля пришлась на последние полстолетия, когда уже были сформулированы закон сохранения энергии и законы термодинамики.

...ни один из «Комиссии знатоков», проверявшей действие машины Орфиреуса — известного немецкого изобретателя вечного двигателя начала XVII века, — не сомневался, что в принципе такой двигатель сделать можно, критике был подвергнут лишь конкретный образец машины.

...росту сторонников идеи вечного двигателя даже в среде критически мыслящих исследователей в свое время способствовало идущее от Декарта ошибочное толкование силы как произведения массы тела на его скорость.

...следующим после Леонардо да Винчи ученым, занимавшим четкую позицию о невозможности создания вечного двигателя, был голландский математик и инженер Стевин. Он разработал теорию о несостоятельности механических перпетуум мобиле с колесами и грузами, считая это истиной, не требующей доказательств, и вынес на титульную страницу своего трактата девиз: «Чудо не есть чудо».

...соблазн построить вечный двигатель не обошел и русского изобретателя-самоучку, лучшего, как его называли в Европе, механика XVIII века, конструктора многих оригинальных механизмов, приборов и часов Ивана Кулибина. Как и следовало ожидать, в этом случае и он потерпел фиаско.

...в знаменитом решении Парижской Академии наук отмечалось, как бесславно заканчивались труды горе-изобретателей и рушились их семьи. Еще за сто лет до вынесенного учеными вердикта прозвучало признание немца Бехера: «Десять лет я занимался этим безумием, потеряв кучу времени, денег и погубив свое доброе имя и славную репутацию, — все это лишь для того, чтобы сегодня с полной убежденностью сказать: вечное движение неосуществимо».

...броуновское вечное движение, тепловую природу которого доказал французский физик Гюи, по его же мнению оказалось несовместимым со вторым законом термодинамики, запрещающим вечные двигатели II рода. Однако, как позже выяснилось, само броуновское движение отвергает возможность создания подобных двигателей.

...когда для объяснения «недостачи» энергии при β-распаде — испускании электрона атомным ядром — была предложена неуловимая частица нейтрино, даже великий ученый Нильс Бор предпочел усомниться в незыблемости закона сохранения энергии, нежели «изобретать» новую частицу.

...примерно через сто лет после мысленного эксперимента с демоном Максвелла аналогичное устройство, нарушающее второй закон термодинамики, придумал американский физик Фейнман. И хотя он же сам разъяснил, почему не должен работать этот вечный двигатель, идея устройства послужила основой для создания микроскопических моторов, работающих за счет броуновского движения атомов окружающей среды. Природа, кстати, уже «изобрела» подобные двигатели — в мембранах живых клеток.

Что читать в «Кванте» о вечном двигателе

(публикации последних лет)

  1. «Вечный двигатель, демоны и информация» — 1995, №5, с. 14;
  2. «О квантовой природе теплоты» — 1998, №3, с. 7;
  3. «Еще один вечный двигатель?» — 1998, №3, с. 35;
  4. «Леонардо да Винчи и принцип невозможности вечного двигателя» — 1999, №5, с. 14;
  5. «Внутренняя энергия идеального газа» — 2000, №1, с. 38;
  6. «Капилляры и смачивание» — 2000, Приложение №3, с. 99;
  7. Калейдоскоп «Кванта» — 2001. №3, с. 32;
  8. «Осмос и... вечный двигатель» — 2002, Приложение №4, с. 85.

Ответы

  1. Нет, так как идея перпетуум мобиле предполагает неопределенно долгое совершение работы без изменения состояний тел, а такой работы в случае планет не совершается.
  2. Нет, не так. Когда трубки расположатся под углом 45° к горизонту, ртуть окажется в нижних коленах, и система будет уравновешена.
  3. Нет, поскольку на глубине для раздвигания поршней придется совершать дополнительную работу против сил гидростатического давления.
  4. Те же силы поверхностного натяжения, что поднимали воду по капиллярам фитиля, не позволят ей стекать с верхнего его конца в сосуд.
  5. Не изменится. По указанным в предыдущем решении причинам вода вытекать из трубки не будет.
  6. Нет, так как не отпадет необходимость отводить значительное количество теплоты в холодильник.
  7. Не может, иначе удалось бы осуществить цикл (рис.), в котором все полученное системой тепло целиком перешло бы в работу. Такая машина была бы вечным двигателем II рода, который запрещен вторым началом термодинамики. Img vech-dvig-005.gif
  8. Нет, процесс будет длиться до тех пор, пока не произойдет насыщение окружающей среды водяным паром.
  9. Нельзя. Секрет действия игрушки — в ватной голове, которая периодически смачивается водой. Испарение воды приводит к понижению давления паров жидкости внутри ампулы, подъему жидкости в трубочке и переносу ее центра тяжести. Энергия, требуемая для наклонов птички, пополняется за счет внутренней энергии воды и окружающего воздуха.
  10. Тока в проводнике не будет, так как разность потенциалов между обкладками конденсатора одинакова и в верхней, и в нижней его частях. Это происходит за счет перераспределения зарядов по обкладкам.
  11. Нет, движение довольно быстро закончится из-за расходования энергии на преодоление трения в движущихся частях генератора и электродвигателя.

Материал подготовил А.Леонович

www.physbook.ru

Валерий Дудышев: Вечный электромагнитный двигатель-генератор

/ Описание модели электромагнитного двигателя с КПД > 100%

Описание модели электромагнитного двигателя с КПД > 100%

Давно уже не секрет, что двигатели с КПД больше 100% считаются невозможными. Их существование противоречит основному закону физики — Закону о сохранении энергии .

Этот закон гласит: Энергия не может появиться ниоткуда и исчезнуть в никуда. Она лишь может преобразовываться из одного вида энергии в другую. Например, из электрической в световую с помощью электрической лампы, или из механической в электрическую с помощью электрогенератора тока и так далее.

Конечно, это справедливо. Любому двигателю нужен источник энергии. Двигателю внутреннего сгорания — бензин, электродвигателю — источник электроэнергии. Например, аккумуляторы. Но бензин не вечен, его нужно постоянно пополнять, да и аккумуляторы требуют периодической подзарядки.

Но, если использовать источник энергии, который бы не нуждался в пополнении, то есть неисчерпаемый источник энергии , двигатель с КПД больше 100% вполне мог бы иметь право на существование.

На первый взгляд существование такого источника в природе невозможно. Однако это только на первый, неподготовленный, взгляд.

Возьмём, к примеру, гидроэлектростанцию. Вода, собранная в огромное водохранилище, падает с большой высоты плотины и вращает гидротурбину, которая в свою очередь вращает электрогенератор. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию.

Вода падает под действием гравитации Земли. При этом совершается работа по выработке электроэнергии, хотя гравитация Земли, являясь источником энергии притяжения, не уменьшается. Затем вода под действием излучения Солнца и всё той же гравитации снова возвращается в водохранилище. Солнце, конечно, не вечное, но на пару миллиардов лет его хватит. Ну а гравитация опять совершает работу, вытягивая влагу из атмосферы, и опять не уменьшаясь ни на йоту. По своей сути гидроэлектростанция является гидроэлектрогенератором с КПД больше 100%. Только громоздким и дорогим в обслуживании. Тем не менее работа гидроэлектростанций наглядно показывает то, что создание двигателя с КПД больше 100%, вполне осуществимо.

Ведь не только гравитация может служить источником неисчерпаемой энергии.

«Постоянный магнит ниоткуда не получает энергию, а его магнитное поле не расходуется, когда им что-либо притягиваешь».

Постоянный магнит притянул к себе железный предмет. Тем самым совершил работу. Но его сила при этом совершенно не уменьшилась. Это уникальное свойство постоянного магнита позволяет использовать его в качестве источника неисчерпаемой энергии .

Конечно, создание двигателя на основе постоянного магнита и с КПД больше 100% очень смахивает на создание пресловутого «Вечного двигателя», модели коего заполонили страницы интернета, но это не так. Магнитный двигатель не Вечный, но Даровой . Рано или поздно его детали износятся и потребуют замены, а источник энергии, постоянный магнит, практически вечен.

Правда некоторые «специалисты» утверждают, что постоянный магнит постепенно теряет свою притягивающую силу в результате так называемого старения. Это утверждение неверно, но даже если это и так, он не изнашивается механически и вернуть его в прежнее, рабочее состояние можно всего одним магнитным импульсом. А производители современных постоянных магнитов гарантируют его неизменное состояние в течение не менее 10 лет.

Двигатель, требующий перезарядки один раз в десять лет, и при этом дающий чистую и безопасную энергию, вполне может претендовать на

mekelektro.ru