Проблема вечного двигателя

 

Законы, обуславливающие  невозможность вечного двигателя

 

       Любые  попытки построить вечный двигатель  по существу сводятся к попытке  создать замкнутую систему, которая сама себя, в отсутствие всякого внешнего источника, обеспечивает энергией в достаточном объеме. При этом количество этой энергии, затрачиваемой системой на совершение некоей работы, должно быть равно количеству энергии, которая производится и выделяется при этом (т.е. так или иначе, превращается в тепло. Яркий пример энергопотери такого рода – нагревание любого работающего двигателя). Короче говоря, общая конечная сумма энергии всегда равна ее общей начальной сумме. Энергия не возникает и не исчезает сама по себе, а переходит в другую форму. В этом и заключается сущность фундаментального закона современной науки – закона сохранения энергии. Его частная форма, как раз исключающая возможность perpetuum mobile, получила название первого закона термодинамики. Он гласит, что внутренняя энергия (И) любой системы является суммой потенциальных энергий взаимодействия всех частиц, а также их кинетической энергии. Благодаря (И) система и способна производить некую работу (А), а также обмениваться теплом (Q) с окружающей средой; при этом запас (И) будет либо пополняться, либо расходоваться.

 При этом Q=U2 – U1 + A (I): тепло, полученное системой  при переходе из состояния  1 в состояние 2, частично расходуется  на совершение (А), а частично –  на увеличение ее (И) из расчета U2 – U1. Открытие этого закона связано именно с безуспешными попытками создания т.н. вечного двигателя первого рода, производящего работу «из ничего».

       Сущность  второго начала термодинамики,  сформулированное Р. Клаузисом  (1850), сводится к утверждению о том, что тепло не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому – возможен лишь обратный процесс. Математическое отражение этого закона представляет собой т.н. функцию энтропии, которая при самопроизвольных и необратимых процессах в замкнутой системе возрастает, а при обратимости их сохраняет свое значение; это, так называемая, функция состояния, так что каждому конкретному состоянию системы соответствует ее определенная величина. Таким образом, если первоначальная энтропия системы составляет S, то никакие совершающиеся в системе процессы не могут эту величину уменьшить. Более того: всякий необратимый процесс увеличивает энтропию до максимального значения, достижимого в положении равновесия. Необратимым же процессом следует считать работу, при которой энергия превращается в тепло (посредством трения, нагревания и т.п.), т.е. практически любую возможную деятельность. «Таким образом, процесс, единственным результатом которого было бы полное превращение тепла в работу (вечный двигатель второго рода), невозможен» (формулировка У.Томпсона, 1851 год). Итак, передача тепла необратима полный (некомпенсированный) переход тепла в работу принципиально невозможен. (Согласно теореме Карно, КПД любой тепловой машины не может быть больше КПД обратимого цикла Карно.)

       Оба  начала термодинамики доказывают  несостоятельность, каких бы то  ни было, вариантов вечных двигателей  – как первого рода, извлекающих  энергию для работы из самоё  себя (водяные и воздушные «мельницы  замкнутого цикла», «неуравновешенные» колеса с грузами и т.п.), так и второго, использующих тепло, произведённое в результате собственной работы, для совершения её же самой («аммиачный двигатель» Гэнджи и др.) Опровергнуть эти законы невозможно, как законы природы и аксиомы точных наук вообще, поэтому вечный двигатель может существовать только в одном виде - виде «доказательства от противного», доказательства вышеупомянутых начал термодинамики.

 

 

 

 

                              ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Перпетуум мобиле - вечный двигатель - романтическая мечта  подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для  шарлатанов и авантюристов сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых хитроумные механизмы, которые, казалось, вот-вот должны были заработать, но почему-то оставались в неподвижности разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов... Но из-за чего всё это происходило Из-за незнания элементарных физических законов, из-за желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какая-то тайна, что-то, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек...

       Мы  рассмотрели различные типы perpetuum mobile и физически законы, препятствующие  их осуществлению. Сделан вывод  об объективной невозможности  такого устройства. В то же время нельзя признать усилия добросовестных экспериментаторов, среди которых немало выдающихся ученых, антинаучным заблуждением. Следует считать попытки добиться вечного двигателя чрезвычайно важными научными поисками, позволившими сформулировать фундаментальные физически законы, продвинуть вперед важнейшие отрасли науки. Этот процесс был очень плодотворен вплоть до сравнительно недавнего времени (начала нашего века), пока оба начала термодинамики не получили всестороннего теоретического обоснования – немыслимого без рассмотрения причин бездействия всех возможных вариантов вечных двигателей – и многие люди полагали, что данную проблему поможет решить развитие техники.

       Сейчас  же попытки добиться perpetuum mobile представляют  собой удел либо малообразованных, либо попросту психически нездоровых энтузиастов. Возможно, впрочем, что изготовление моделей вечных двигателей полезно для пытливых молодых людей, стремящихся проверить на практике знакомые им лишь эмпирически постулаты физики и математики.

       Некоторые изобретатели предлагали более сложные вечные двигатели, и требовалось более тонкое понимание вопроса, чтобы увидеть изъяны в их конструкции. Но изъяны находятся всегда, вот почему ни одного такого двигателя мы не видели в работе. В середине ХХ века этот факт был признан Патентным бюро США. Измученное потоком патентных заявок на вечные двигатели, бюро объявило, что в будущем любая такая заявка должна сопровождаться работающей моделью. С тех пор заявители его больше не беспокоили.

       Итак, история «взаимоотношений» человека и мнимого perpetuum mobile – это история, прежде всего, научного поиска, который дал свои выдающиеся результаты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              

                                 Литература:

 

 

1.Исхак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.

2.Кабардин О. Ф. Физика Справочные  материалы. М., 1991.

3.Краткий Политехнический Словарь.  М., 1956.

4.Орд-Хьюм А. Вечное движение. М., 1980.

5.Перельман Я. И. Занимательная  физика. М., 1991.

6. Электронные источники.