Вечный двигатель уже многие века не дает покоя ученым и инженерам. Еще бы, идея создать устройство, которое будет постоянно работать, не тратя при этом энергии, кажется очень заманчивой. Реально ли его создать, рассказывают ученые.
Что такое вечный двигатель?
Вечный двигатель или Perpetuum Mobile - это устройство воображаемое. Некоторые считают, что теоретически можно создать машину, которая будет бесконечно совершать работу без затрат каких-либо энергетических ресурсов. В то же время, постепенно ученые разочаровывались в этой идее и признавали, что от попыток создать такое устройство лучше отказаться, потому что они бессмысленны. Невозможность создать вечный двигатель постулируется как первое начало термодинамики. Но до сих пор идея вечного двигателя вызывает повышенный интерес.
Идеальный вечный двигатель должен проработать до окончания Большой заморозки (Big Freeze). Сторонники этой теории считают, что до скончания времени Вселенная будет расширяться с очень плавным ускорением. Этот процесс и называется Большой заморозкой, и когда он завершится, наступит конец всего. Когда это произойдет, точно не установлено, но у нас есть еще приблизительно 100 триллионов лет. Так вот, вечный двигатель должен работать как минимум столько же, чтобы считаться настоящим вечным двигателем.
Какими бывают вечные двигатели?
Perpetuum Mobile делятся на двигатели первого рода и второго рода. Двигатели первого рода могли бы функционировать без топлива — и вообще без энергетических затрат, которые возникают, например, при трении деталей механизма друг о друга. Двигатели второго рода могли бы извлекать тепло из более холодных окружающих тел и использовать эту энергию в работе.
Есть много проектов в Интернете, которые утверждают, что работают над конструкцией вечного двигателя. Однако если изучить эти проекты внимательно, становится понятно, что они все очень далеки от идеи вечного двигателя. Но если кому-то удастся сделать такое устройство, последствия будут ошеломляющими. Считается, что мы получим вечный источник энергии - бесплатной энергии.
К сожалению, согласно фундаментальным законам физики нашей Вселенной, создание вечного двигателя невозможно.
Почему создание вечного двигателя невозможно?
Вероятно, есть много людей, которые скажут «никогда не говори «никогда», особенно, если речь идет о науке». В какой-то степени это справедливо. Но если окажется, что вечный двигатель создать возможно, это перевернет физику, которую мы знаем. Окажется, что мы во всем были неправы и ни одно из наших предыдущих наблюдений не имеет никакого смысла.
Первый закон термодинамики -- закон сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может быть ни создана, ни уничтожена - она просто переходит из одной формы в другую. Для того, чтобы держать механизм в постоянном движении, приложенная энергия должна остаться в этом механизме без каких-либо потерь. Ровно поэтому создание вечного двигателя невозможно.
Для того, чтобы построить вечный двигатель первого рода, мы должны выполнить несколько условий:
- У машины не должно быть никаких «трущихся» частей, любые движущиеся части не должны касаться других частей, так как иначе между ними возникнет трение. Это трение в конечном счете приведет к тому, что машина начнет терять энергию. При соприкосновении частей возникает тепло, и именно это тепло и есть энергия, потерянная машиной. Вы скажете, что тогда нужно сделать устройство с гладкой поверхностью, чтобы не возникало трение. Но это невозможно, так как не бывает совершенно гладких объектов.
- Машина должна работать в вакууме, без воздуха. Это исходит из первого условия. Эксплуатация машины в любом месте заставит ее терять энергию из-за трения между движущимися частями и воздуха. Хотя потери энергии из-за трения воздуха очень малы, для вечного двигателя это серьезная проблема. Если есть хотя бы минимальные потери энергии, машина начнет останавливается и в конце концов остановится совсем из-за этих потерь, даже если это займет очень много времени.
- Машина не должна издавать никаких звуков. Звук также форма энергии, и если машина издает любой звук, это означает, что она также теряет энергию.
Двигатели второго рода, которые используют теплоту окружающих тел, не противоречат закону сохранения энергии. Однако эти хитрые конструкции бессильны против второго начала термодинамики: в замкнутой системе самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к горячим невозможен. Для этого необходим некий посредник. А для работы посредника необходима энергия из внешнего источника. Кроме того, в природе не существует по-настоящему обратимы
Но самое главное, создание вечного двигателя может оказаться бессмысленным. Люди рассчитывают, что если такое устройство будет сделано, мы получим бесплатный источник энергии. Но так ли это? На самом деле, мы получим ровно столько энергии, сколько направим в этот двигатель. Мы ведь помним, что согласно законам физики, которые пока не опровергнуты, энергия не может быть создана из ничего, она может быть только преобразована. Так что, выходит, вечный двигатель - это бесполезное устройство.
Человеческая натура такова, что испокон веков люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Впоследствии этому устройству дали определение Perpetum Mobile
Человеческая натура такова, что испокон веков люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Впоследствии этому устройству дали определение Perpetuum Mobile или Вечный двигатель. Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, как путем усовершенствования уже имеющихся моделей, так и пытаясь создать что-то принципиально новое. В конце концов разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное.
Колесо Бхаскара и подобные проекты вечных двигателей
Доподлинно неизвестно, кто и когда первый попытался создать вечный двигатель, но первое упоминание о нем в рукописях датируется XII веком. Рукописи принадлежат индийскому математику Бхаскаре. В них в стихотворной форме описывается некое колесо, с прикрепленными к нему по периметру трубками, наполовину заполненными ртутью. Считалось, что за счет перетекания жидкости, колесо будет само по себе вращаться бесконечно. Примерно на том же принципе было сделано еще несколько попыток создать вечный двигатель. Как обычно, безуспешно.
Вечный двигатель из цепочки поплавков
Другой прототип вечного двигателя основывается на использовании закона Архимеда. В теории считалось, что цепь, состоящая из полых резервуаров, за счет выталкивающей силы станет вращаться. Не было учтено лишь одно – давление водяного столба на самый нижний бак будет компенсировать выталкивающую силу.
Еще одним изобретателем вечного двигателя является нидерландский математик Симон Стевин. По его теории цепочка из 14 шаров, перекинутая через треугольную призму, должна прийти в движение, потому что с левой стороны шаров в два раза больше, чем с правой, а нижние шары уравновешивают друг друга. Но и тут коварные законы физики помешали планам изобретателя. Несмотря на то, что четыре шара в два раза тяжелее, чем два, они катятся по более пологой поверхности, следовательно, сила тяжести, действующая на шары справа, уравновешивается силой тяжести, действующей на шары слева, и система остается в равновесии.
Вечный двигатель на постоянных магнитах
С появлением постоянных (и особенно неодимовых) магнитов, изобретатели вечных двигателей вновь активизировались. Существует множество вариаций электрогенераторов на основе магнитов, а один из первых их изобретателей, Майкл Брэди, в 90-х годах прошлого века даже запатентовал эту идею.
А на видео ниже представлена довольно простая конструкция, которую каждый может сделать у себя дома (если наберете достаточное количество магнитов). Неизвестно, насколько долго будет крутится эта штука, но даже если не учитывать потери энергии от трения, этот двигатель можно считать лишь условно вечным, потому что мощность магнитов со временем ослабевает. Но все равно, зрелище завораживает.
Конечно, мы рассказали далеко не о всех вариантах вечных двигателей, потому что людская фантазия, если и не бесконечна, то весьма изобретательна. Однако все существующие модели вечных двигателей объединяет одно – они не вечны. Именно поэтому Парижская академия наук с 1775 года решила не рассматривать проекты вечных двигателей, а Патентное ведомство США не выдает подобные патенты уже более ста лет. И все же в Международной патентной классификации до сих пор остаются разделы для некоторых разновидностей вечных двигателей. Но это касается лишь новизны конструкторских решений.
Подводя итог, можно сказать лишь одно: несмотря на то, что до сих пор считается, что создание действительно вечного двигателя невозможно, никто не запрещает стараться, изобретать и верить в неосуществимое.
Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) - воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии.
Самодвижущееся колесо немецкого изобретателя Орфиреуса два месяца вращалось в запечатанной комнате, двери которой охраняли гренадёры. В время демонстраций оно не только вращалось со скоростью 50 оборотов в минуту, но и поднимало грузы до 16 кг. В 1725 году Пётр I собирался в Германию, чтобы лично осмотреть вечный двигатель, который изобретатель Орфиреус согласился продать России за 100 000 ефимков (1 ефимок - около рубля).
В 1775 году Парижская академия наук приняла своё знаменитое решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. Но до сих пор на научных конференциях в России и других странах с завидным постоянством звучат идеи об извлечении энергии из вакуума , пульсирующих полях (которые исключают часть отрицательной работы в замкнутом контуре), преобразованиях энергии при изменениях внутренней структуры пространства-времени, о так называемой «свободной энергии».
Некоторым учёным удаётся получить патенты на особо заумные изобретения, где патентное бюро не в силах сразу распознать вечный двигатель. Более того, великие учёные прошлого, в том числе Роберт Бойль и Иоганн Бернулли, предлагали собственные конструкции вечного двигателя. Многие годы посвятил изобретению вечного двигателя Леонардо да Винчи.
Вечный двигатель Бхаскары, 1150 г
Изобретатели работают над новыми конструкциями вечного двигателя до сих пор. Физика и химия значительно продвинулись вперёд за прошедшие века, поэтому у авторов таких изобретений гораздо богаче «инструментарий» для применения. В своих конструкциях они используют не только механические конструкции, но и законы гидравлики, проводят опыты с магнетизмом, используют химические реакции, пытаются применить законы квантовой механики и т.д.
Сверх-единичный двигатель Клема
Для некоторых одержимых изобретателей их работа становится делом всей жизни, идеей фикс. Эти люди убеждены, что вечный двигатель существует и ранее уже неоднократно был изобретён, но могучие корпорации и правительства стран не дают таким изобретениям ход. Авторы таких изобретений якобы часто умирают при загадочных обстоятельствах. В воспалённой логике изобретателей это легко объяснить: ведь создание вечного двигателя навсегда изменит ход человеческой истории, полностью перевернёт существующие представления о науке, изменит порядок вещей в экономике и технологиях, лишит источников денег и власти сильных мира сего.
Магнитный двигатель
До сих пор в патентное ведомство США каждый год подаются десятки заявок на конструкцию вечного двигателя. Авторы современных изобретений - иногда умные и талантливые люди, которые отличаются богатой технической фантазией и большим опытом практической деятельности, но у них часто не хватает базовых теоретических знаний по физике.
Правда, во многих современных «изобретениях» воскресают в том или ином виде технические идеи, предложенные в средние века, а то и в 12-13 столетиях. Например, до сих пор большой популярностью пользуются вечные двигатели с вращающимся ротором. Часто используются пневматические механизмы, пружинные вечные двигатели, гидравлика, химические реакции, электромагнитные поля.
Некоторые конструкции на первый взгляд даже сложно классифицировать - то ли это вечный двигатель, то ли действительно рабочая машина, которая задействует некие плохо изученные физические процессы. Наверное, можно упомянуть конструкцию , который создаёт тягу в замкнутом контуре. Он прошёл испытания в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА. Научная работа с описанием этого двигателя, вроде бы нарушающего закон сохранения импульса, прошла независимую экспертизу и в авторитетном научном журнале, а опыты на Земле показали действительное наличие тяги.
Испытательная установка EmDrive в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА
Работающий на непонятном принципе двигатель выдаёт тягу даже в вакууме, где исключена любая тепловая конвекция. Физики выдвигают разные объяснения работы EmDrive. Некоторые говорят, что в резонаторе EmDrive могут появляться пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. И взаимодействие таких фотонов способствует возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Импульс такая волна все же переносит. Есть теория, что тяга EmDrive представляет собой последствие появления «квантового вакуума виртуальной плазмы» частиц, появляющихся и исчезающих в замкнутом контуре пространства-времени.
Надежда найти вечный двигатель даёт изобретателям огромные силы и энергию для работы. Самое главное - направить эту энергию в нужное русло. Тогда побочным результатом их работы могут стать реальные научные и технические открытия, как у Леонардо да Винчи, Роберта Бойля, Иоганна Бернулли, Симона Стевина, Юлиуса Роберта фон Майера и других «сумасшедших» изобретателей.
Как и Парижская академия наук, патентное ведомство США формально не выдаёт патенты на «перпетуум мобиле». Это правило действует больше ста лет. 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.
Патенты на вечные двигатели. Организации и центры по изучению технологий свободной энергии
Патенты США
3913004 от 14 октября 1975, Метод и аппаратура для увеличения электрической мощности, Роберт Александер.
4975608 от 4 декабря 1990, Мотор с переключаемым магнитным сопротивлением, Гарольд Аспден.
5288336 Преобразователь тепла в электричество, Гарольд Аспден.смотри также патенты номер 5,065,085 и 5,101,632
4622510 от 11 ноября 1986, Параметрическая электромашина, Фердинанд Кап.
2912244 от 1959 года, Гравитационная система, Отис Карр.
4006401 от 1 февраля 1977, Электромагнитный генератор, В Ривас.
3811058, 3879622 Моторы на постоянных магнитах.
2982261 Воздушный мотор Мак Клинтока.
4595843 от 17 июня 1986, Трансформатор вращающегося магнитного потока с сердечником с низкими потерями, Роберт Дель Вечио.
4567407 от 28 января 1986, Мотор - альтернатор, Джон Эклин.
3368141 от 6 января 1968, Трансформатор в сочетании с постоянными магнитами, Карлос Гарон.
3890548 от 17 июня 1975, Мотор с пульсирующим конденсаторным разрядом, Эдвин Грей.
4595852 от 17 июня 1986, Электростатический генератор, Роберт Гандлах.
4831299 от 16 мая 1989, Униполярный генератор переменного тока, Енакиши Хайсака.
4249096 от 3 февраля 1981, Электрическое динамо, Барбара Никокс.
3610971 от 5 октября 1971, Электродвижущий генератор электрического поля, Виллиямс Купер.
4897592 от 30 января 1990, Система, создающая мощность из энергии электростатического поля, Виллиямс Хайд.
4151431 от 24 апреля 1979, Мотор с постоянными магнитами, Говард Джонсон.
4806834 от 21 февраля 1989, Электрическая цепь индуктивных проводников, трансформаторов и моторов, Эрл Кениг.
3374376 от 19 марта 1968, Электрический генератор, Раймонд Кромри.
3977191 от 31 августа 1976, Источник мощности… Роберт Бритт.
3670494, Метод конвертирования атомной энергии в полезную кинетическую энергию.
4428193, Система извлечения полезной работы из топлива. В качестве топлива используется смесь инертных газов, циркулирующая в закрытой системе.
4709323 от 24 ноября 1987, Конвертор параллельного резонанса, Чарльз Лиен.
5146395 от 8 сентября 1992, Источник мощности, использующий две накопительные цепи, Ричард Мак Ки.
4210859 от 1 июня 1980, Индуктивное устройство, имеющее две ортогональные обмотки, Пауль Мерестский.
4500827 от 19 февраля 1985, Линейный электрический генератор, Томас Мерит.
4904926 от 27 февраля 1990, Электрический генератор магнитного движения, Марио Пацишинский.
4945273 от 31 июля 1990, Высокоэффективная электрическая машина, Джозеф Пинкертон.
4883977 от 28 ноября 1989, Преобразователь магнитной мощности, Деннис Реган.
4077001 Электромагнитный преобразователь со стационарными элементами, имеющими изменяемое магнитное сопротивление, Франк Ричардсон.
5018180 от 21 мая 1991, Конверсия энергии, использующая заряд высокой плотности, Кеннет Шолдерс.
4652771 от 24 марта 1987, Трансформатор с колебаниями магнитного потока, Теодор Спич.
4772816 от 20 сентября 1988, Система конверсии энергии, Джефри Спенс.
4748311 от 31 мая 1988, Инвертор с источником мощности для прерывателя параллельной резонансной цепи, настроенной на удвоенную частоту прерывателя, Фридрих-Вернер Томас.
Международный патент H02K 31/00, 39/00 от 24 июня 1982, Замкнутая часть униполярной машины, Адам Тромбли.
4835433 1987 год, Аппаратура для непосредственного преобразования энергии радиоактивного распада в электрическую энергию, Браун П.М.
Патенты США по электрогравитации: 1363037 Goddard 21 Декабря 1920; 2004352 Simon 11 Июня, 1935; 2210918 Karlovitz 13 Августа, 1940; 2588427 Stringfield 11 Марта, 1952; 2231877 Bennet 18 Февраля 1941; 2279586 Bennet 14 Апреля 1942; 2305500 Slayter 15 Декабря 1942.
Английский патент номер 300,311 от 15 Августа 1927, Устройство для производства силы или движения при помощи электродов, Таунсенд Браун.
Французский патент номер 1003484 от 11/1951 года.
Электрогравитация.
3187206 от 1 июня 1965, Электрокинетическая аппаратура, Таунсенд Браун.
3022430 от 20 февраля 1962, Электрокинетический генератор, Таунсенд Браун.
3018394 от 23 января 1962, Электрокинетический преобразователь, Таунсенд Браун.
2949550 от 16 августа 1960, Электрокинетическая аппаратура, Таунсенд Браун.
1974483 от 25 сентября 1934, Электростатический мотор, Таунсенд Браун.
4687947 от 18 Августа 1987, Электрическая цепь сохранения мощности, Мельвин Кобб.
4772775 от 20 Сентября 1988, Генерация потока плазмы в электрической дуге, Сэм Лич.
4432098 и 4429280, Передача информации при помощи магнитного векторного потенциала, Рейнолдс Гелинас.
Великобритания, No. 547668, 30 января (7 сентября) 1942 года, Мотор с постоянными магнитами, автор Стенли Хичкок.
Великобритания, Заявка No.2282708A, Мотор с постоянными магнитами, Роберт Адамс, Гарольд Аспден.
Патенты по расщеплению воды и использованию ее в качестве топлива, в том числе по «холодному синтезу»
4394230 патент США от 19 Июля 1983, Метод и аппаратура для расщепления молекул воды, Генри К. Пухарич.
2251775 патент Великобритании от 20 Апреля 1994, Термоэлектрическая конверсия, Гарольд Аспден.
5288336 патент США, Термоэлектрическая конверсия, Гарольд Аспден.
Организации и центры по изучению технологий свободной энергии
Русское Физическое Общество, 141002, Московская обл., Мытищи, Б.Шараповская 3. Факс 095-2926511. Издает журналы.
Институт Свободной Энергии, Санкт-Петербург, 193024, а/я 37. Общественная организация, база данных по исследованиям в области гравитации и альтернативной энергетике.
Academy for Future Sciences, P.O.Box FE, Los Gatos, CA 95031, USA.
AERI, Advanced Energy Research Institute, 14 Devonshire Mews West, London W1N 1Fp, Great Britain.
ADAS, Association of Distinguished American Scientists,P.O.Box 1472, Huntsville, AL 35807, USA. Fax 205-536-0411.
Borderland Sciences Research Foundation, P.O.Box 429, Garberville, CA 95440-0429, USA.
Centre for Action, P.O.Box 472, HCR 31, Sandy Valley, NT 89019, USA. Издает книги, журнал и распространяет видеоленты.
COSRAY, The Research Institute, Inc., 2505 South Forth Street East, P.O.Box 651045, Salt Lake City, UT 84165-1045, USA.
Delta Spectrum Research, Inc., 5608 South 107th East Av., Tusla, Oklahoma 74146 USA. Fax 918-459-3789. База данных по коммерческим проектам в области свободной энергии, в электронном виде - около 11 Мб. Высылает статьи по работам NASA в области электрогравитации:
Electrostatic levitator with feedback control; Hybrid contactless heating and levitator; Precision fabrication of electromagnetic-levitation coils и другие.
Electrodynamic Gravity, Inc., 35 W.Tallmadge Ave., Akron, Ohio 44310, USA.
Fusion Information Center, P.O.Box 58639, Salt Lake City, Utah 84158-0369, издает журнал о работах по «холодному синтезу» Fusion Facts, fax 801-583-6245.
Gravity Power Research Association, 36 Mountain Road, Burlington, MA 01803, USA.
GRI, Group Research Institute, P.O.Box 438, Nelson, New Zealand. Dr. Ashley Gray.
High Energy Enterprises, P.O.Box 5636, Security, CO 80931, USA. Fax 719-4750582. Издает книги Тесла и результаты работ его последователей. International Tesla Society Books.
Institute for Advanced Studies at Austin, 4030 Braker Lane W., Suite 300, Austin, TX 78759, USA.
INE, Institute for New Energy, 1304 South College Avenue, Fort Collins, CO 80524, USA. Издает журнал New Energy News, P.O.Box 58639, Salt Lake City, UT 84158-8639, USA. Доступ по EMAIL: [email protected].
Выслает сборник докладов конфренции по развивающимся проектам свободной энергии Denver Report"94.
Intergrity Institute, 1377 K Street, NW, Suite 16, Washington DC, USA. Fax 202-543-3069. Исследования по электрогравитации, инерциальным движителям, отрицательная масса, как энергетический источник.
Распространение материалов о работах Т.Т.Брауна по электрогравитации.
JPI, Japan Psychrotronic Institute, Dr. Shiuji Inomata, Electrotechnical Laboratory, 1-1-4 Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki 305, Japan.
Cosmic Energy Association, 37-2 Nisigoshonouti, Kinugasa, Kitaku, Kyoto, 603, Japan. Dr. Masayoshi Ihara.
Orgone Biophysical Research Laboratory, Inc.,P.O.Box 1395, E1 Cerrito, CA 94530, USA. Fax 510-526-5978.
Quantum Biology Research Laboratory, Cotati Research Institute, P.O.Box 60653, Palo Alto, CA 94306, USA.
PACE, Planetary Association for Clean Energy, Главный оффис в Канаде: 100 Bronson Av., Suite 1001, Ottawa, Ontario, Canada T1R 6G8. Fax 613-235-5876. Европейское представительство в Германии:
Planetartsche Vereinigung fur Saubere Energie, Inc. Feyermuhler Strasse 12, D-53894 Mechernich, FRG. Fax 49-24438221, EMAIL [email protected]. Представительство в Латинской Америке:
FUNDAPAC Allayme 1719, San Jose, Guaymallen, Argentina.
SEA, Space Energy Association, P.O.Box 11422, Clearwater, FL 34616, USA.
Tesla Book Company, P.O.Box 121873, Chula Vista, CA 91912, USA.
Tesla Incorporated, 760 Prairie Av., Craig, CO 81625, USA. Fax 303-824-7864. Модем 300/1200/2400 для Tesla BBS по телефону 719-486-2775.
ExtraOrdinary Science, Resource Guide, fax 719-475-0582. Официальный каталог книг, статей, видеоматериалов и баз даных Общества Тесла.
Журнал Explore, The New Dimension in Scientific Approach,P.O.Box 1508, Mount Vernon, Washington 98273, USA.
Журнал Electric Spacecraft Journal, P.O.Box 18387, Asheville, NC 28814, USA. Fax 704-683-3511.
Журнал Nexus New Times Magazine, P.O.Box 30, Maplepton Qld 4560, Australia. Fax 074-429381.
Журнал Cold Fusion Times, P.O.Box 81135, Wellesley Hills MA 02181, USA.
Журнал Infinite Energy, P.O.Box 2816, Concord, NH 03302-2816, USA. Издается центром Cold Fusion Technology, fax 603-224-5975, email: [email protected].
Журнал 21th Century Science & Technology, P.O.Box 16285, Washington, DC, 20041, USA.
Журнал Cold Fusion, 70 b Route 202N, Petersborough, NH 03458, USA.
Brown"s Gas International, 5063 Densmore Av., ENCINO, California 91436, USA. Изобретатель «газа Брауна», Yull Brown. Факс 818-990-4873 в США.
ENECO, Inc., 391-B Chipeta Way, Salt LAke City, Utah 84108, USA. Fax 801-5836245. Развивает несколько устройств генерации мощности за счет холодного синтеза как с тяжелой, так и с легкой водой.
«Robert Adams and Company» 46 Landing Road, Whakatane, Bay of Plenty, New Zealand. Роберт Адамс, исследования по созданию мотора-генератора с постоянными магнитами.
Methernitha, 3517 Linden, Switzerland. Менеджер Francis Bosshard.
Swiss Association for Free Energy, P.O.Box 10, 5704 Egliswilli, Switzerland.
Space Research Institute, Box 33, Uwajima, Ehime 79, Japan. Dr. Shinichi Seike. Fax 895-24-7325. Эксперименты по гравитации и изменению темпа хода времени при работе генераторов свободной энергии, измерения хрональных потенциалов.
Nuclear Power Corporation, 581 400 Karnataka, India. Project Director, Kaiga Project, Dr. Paramahamsa Tewari.
Cosmic Energy Foundation, Neptunuslaan 11, 3318 E1 Dordrecht Netherlands. Dr. Martin Holwerda, Director.
World Harmony, P.O.Box 361 Applecross 6153, Western Australia.
Другой оффис данной группы: U.S.World Harmony, P.O.Box 317, Rainier, WA 98576, USA.
Sabberton Research, P.O.Box 35, Southampton SO9 7BU, England, Dr. Harold Aspden.
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.
Давно установлено, что изобретение вечного двигателя невозможно. В широком смысле, под вечным двигателем подразумевают механизм, безостановочно движущий сам себя. Но это далеко не достаточное определение. Благодаря многовековым бесплодным попыткам создания чудо-машины сегодня можно определить точно само понятие «вечного двигателя» и причины его неосуществимости. Более того, такие попытки оставили значительный след в истории и подтвердили существование важнейших законов физики. Каких, рассмотрим и проанализируем ниже.
Определение и классификация вечных двигателей
Итак, вечный двигатель, как уже известно - устройство воображаемое. По характеру совершаемой работы можно классифицировать следующим образом:
- Вечный двигатель первого рода (физический \ механический, гидравлический, магнитный) - непрерывно действующая машина, которая, будучи запущенной один раз, совершает работу без получения энергии извне. Это устройства механического характера, принцип действия которых основывается на использовании некоторых физических явлений, например, на действии силы тяжести, законе Архимеда, капиллярных явлениях в жидкостях.
- Вечный двигатель второго рода (естественный) - тепловая машина, которая в результате совершения цикла полностью преобразует тепло, получаемое от какого- либо одного «неисчерпаемого» источника (океана, атмосферы и т. п.), в работу. Связываются с циклически повторяющимися природными явлениями или с принципами небесной механики.
Такая классификация является распространенной и встречается в старой научной литературе. У более поздних исследователей существует еще одно определение. Оно исходит из представления об идеальной машине, работающей без потерь и превращающей всю сообщенную энергию в полезную работу или в какой-либо другой вид энергии.
К этим определениям ученые разных времен шли долгим путем. Они подвергали их обстоятельному анализу и были единодушны далеко не всегда. Проблема заключалась в том, можно ли считать вечным двигателем только ту машину, которая, будучи собрана полностью, немедленно начнет работать сама по тебе, или допустимо сообщить устройству начальный двигательный импульс. Спор велся и о том, относится ли к основным признакам вечного двигателя условие, чтобы он, будучи приведен в движение, одновременно совершал некоторую полезную работу.
Причины возникновения идеи создания
Первое упоминание о вечном двигателе относится к 1150 г. Но означает ли это, что античные механики не интересовались вечным движением? Наоборот, это являлось одной из тех традиционных проблем, которым в связи с исследованием физических явлений наука уделяла много внимания. Но при исследовании условий, определяющих круговое движение тел, греки пришли к выводам, теоретически исключающим всякую возможность существования на Земле искусственно созданного вечного движения. Например, Аристотель утверждал, что движение тел ускоряется по направлению к ее центру. О телах с действительно круговым движением он пишет: «Они не могут быть ни тяжелыми, ни легкими, так как не способны приближаться к центру или удаляться от него естественным или вынужденным образом». Такому условию удовлетворяют только небесные тела.
Но родоначальником идеи вечного двигателя считают индийского поэта, математика и астронома Бхаскара Ачарью (1114-1185), описавшего в своем стихотворении некое вечно двигающееся колесо. Заметим, что за основу взято тело круглой формы. Согласно древнеиндийской философии, регулярно повторяющиеся события, составляющие круговой цикл, являются для него символом вечности и совершенства. То есть прародители идеи вечного движения были мотивированы не практическими, а религиозными потребностями. Своего апогея идея вечного двигателя достигает в средние века в Европе, в период интенсивного строительства храмов, кафедральных соборов и княжеских дворцов, и тогда уже создателей, конечно, интересует практическое применение машины.
Некоторые модели вечных двигателей первого рода
Колесо с неуравновешенными грузами
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Вот модель вечного двигателя Бхаскары (Рис. №1) с прикрепленными наискось по внутренней стороне окружности длинными узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Бхаскара обосновывает вращение колеса следующим образом: «Наполненное так жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».
Еще две модели, аналогичные по принципу действия, изобретенные в средневековой Европе. Роль сосудов, частично наполненных ртутью, играют выпукловогнутые секторы внутри колеса, внутри которых находятся тяжелые шары (Рис. №2) или подвижно закрепленные на внешней части колеса стержни с грузами на концах (Рис. №3).
Принцип действия данных двигателей заключается в создании постоянного неравновесия сил тяжести на колесе, вследствие которого колесо должно вращаться. Рассмотрим, почему этот расчет не оправдывается на примере обычного колеса. Здесь предполагается, что работу совершает сила тяжести, то есть в нормальных условиях (при небольших расстояниях и вблизи поверхности Земли) она постоянна и направлена всегда в одну и ту же сторону.
Рисунок 4
F T - вес груза, F P - сила, с которой рычаг воздействует на шарнир (компенсируется силой реакции опоры), F B - поворачивающая сила, R - расстояние от шарнира (оси поворота) до траектории центра масс груза.
Когда рычаг стоит строго вертикально вверх, вес груза передается на шарнир и компенсируется реакцией опоры. Сила направлена по нормали к окружности, тангенциальная составляющая
отсутствует, значит, момент сил равен нулю. Это положение называется верхней мёртвой точкой (ВМТ). Если рычаг отклоняется, реакция опоры уже не компенсирует вес, появляется тангенциальная составляющая силы, а нормальная начинает уменьшаться. Так будет продолжаться только до тех пор, пока рычаг не примет горизонтальное положение. Когда момент сил достигнет максимального значения, рычаг снова начнет действовать на груз, нормальная сила поменяет свой знак относительно рычага. Тангенциальная сила начнёт уменьшаться, до момента, когда рычаг не окажется в положении вертикально вниз (нижняя мёртвая точка (НМТ)).
Таким образом, как видно из Рис. №4, половину рабочего цикла груз ускоряется, двигаясь из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ), и половину - замедляется. Сделав несколько оборотов, колесо с неуравновешенными грузами достигнет состояния равновесия.
Цепь на наклонной плоскости
Рисунок 5
Еще один тип механических вечных двигателей - тяжелая цепь, переброшенная более длинной стороной через систему блоков. Теоретически предполагалось, что часть, на которой находится большее количество звеньев, начнет соскальзывать с наклонной плоскости, вследствие чего замкнутая цепь будет беспрерывно двигаться. Однако известно, что цепь будет покоиться. Этот тип двигателей интересен в первую очередь тем, что из невозможности его вечного движения инженер, механик и математик Симон Стевин (1548-1620) доказал закон равновесия тела на наклонной плоскости. Одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз большая грань (АВ на Рис.№5) призмы длиннее короткой (ВС на Рис.№5). Отсюда следует, что два связанных груза уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если их массы пропорциональны длинам этих плоскостей.
Похожий по принципу механизм (Рис. №6): тяжелая цепь перекинута через колеса так, что правая ее половина всегда длиннее левой. Следовательно, она должна падать вниз, приводя цепь во вращение. Но цепь в левой части натянута отвесно, а правая - под некоторым углом и изогнуто. Аналогично вечное движение и этого механизма невозможно.
Рисунок 6
Гидравлический вечный двигатель с винтом Архимеда
В подавляющем большинстве вечных гидравлических двигателей изобретатели пытались использовать известный со времен Древней Греции механизм - винт Архимеда - полую трубку со спиралевидной плоскостью внутри, предназначенную для подъема воды из сосуда в сосуд наибольшей высоты.
Рисунок 7
Жидкость из сосуда, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, оттуда другими фитилями еще выше, верхний сосуд имеет желоб для стока, которое падает на лопатки колеса, приводя его во вращение. Оказавшаяся в нижнем ярусе жидкость снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя, стекающая по желобу на колесо, не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении (Рис. №7).
Только колесо этой машины никогда не станет вращаться, поскольку в верхнем сосуде не окажется воды. Это произойдет потому, что капиллярные силы вызванные искривлением поверхности жидкости, хотя и позволяют преодолеть силу тяжести, поднимая жидкость в ткани фитиля, но они и удерживают ее в порах ткани, не позволяя ей вытечь из них.
Сосуд Денни Папена
Рисунок 8
Проект гидравлического вечного двигателя Денни Папена - сосуд, сужающийся в трубку и загнутый таким образом, что свободный конец трубки с меньшим радиусом расположен в пределах большого «горла» сосуда (Рис. №8). Автор предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, в более узкой части. Таким образом, должна была происходить циркуляция жидкости за счет разности давлений. На самом деле в данном случае работает основной закон гидростатики: давление, оказываемое на жидкость, передается без изменения по всем направлениям. Поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в сосуде, как в любых сообщающихся сосудах.
Ранее это двигателя были предложены похожие сосуды, иначе ориентированные в пространстве. В них за основу брался принцип действия сифона: в нем (в изогнутой трубке с коленами разной длины, по которой жидкость поступает из сосуда с более высоким в сосуд с более низким уровнем жидкости) работа, затрачиваемая на подъем жидкости, производится атмосферным давлением. В то же время, чтобы жидкость могла протекать через сифон, максимальная высота его изгиба не должна превосходить высоту столба жидкости, уравновешиваемого давлением внешнего воздуха. Для воды эта высота при нормальном барометрическом давлении составляет примерно 10 м. - этот факт не учитывался и приводил к неверным выводам о вечном движении такого двигателя.
Другие гидравлические двигатели
Рисунок 9
Среди множества проектов вечного двигателя было немало основанных на законе Архимеда. Один из таких проектов выглядит следующим образом: высокий сосуд (20 м), наполненный водой, имеет расположенные на одной грани в разных ее концах шкивы, через которые перекинут прочный бесконечный канат с четырнадцатью закрепленными полыми ящиками кубической формы. Ящики одинаковы, равноудалены, водонепроницаемы и имеют стороны в 1 м (Рис. №9).
Действительно, ящики, находящиеся в воде, будут стремиться всплыть вверх. На них действует сила, равная весу воды, вытесняемой ящиками.
Но даже при условии, что данный канат бесконечен, эффект не оправдывается, потому что чтобы канат вращался, ящики должны входить в сосуд именно со дна, а для этого они должны преодолеть давление столба воды, которое окажется значительно больше силы Архимеда.
Рисунок 10
Упрощенный вариант вечного двигателя гидравлического типа (Рис.№10), идея которого исходит из грубого нарушения толкования закона Архимеда. Погруженная в воду часть деревянного барабана, согласно закону Архимеда, подвергается действию выталкивающей силы. Конечно, колесо вращаться не будет, потому что сила будет направлена не вверх (как предполагалось изобретателем), а к центру колеса.
Магнитный вечный двигатель
Рисунок 11
Несложная, но оригинальная модель вечного двигателя с магнитами. К шаровому магниту, расположенному на стойке, ведут два наклонных желоба: один прямой, установленный выше, другой изогнутый (Рис. №11). Железный шарик, помещенный на верхний желоб, будет притягиваться магнитом, затем на пути он попадет в отверстие, скатится по нижнему желобу и снова перейдет на верхний желоб.
Однако, если магнит достаточно силен, чтобы притянуть шарик от нижней точки, то он не даст ему провалиться через отверстие, расположенное совсем рядом. Если же, наоборот, сила притяжения будет недостаточна, то шарик не притянется вовсе.
Вечный двигатель первого рода в противоречии с законом сохранения энергии
Окончательное утверждение закона сохранения энергии в 40-70 годы XIX века произошло на основе работ Сади Карно, Роберта Майера, Джеймса Джоуля и Германа Гельмгольца, которые показали связь между различными формами энергии (механической, тепловой, электрической и др.). Закон сохранения энергии формулируется в следующем виде: в изолированной системе энергия может переходить из одной формы в другую, но общее количество ее остается постоянным.
Как правило, невозможность вечного двигателя рассматривают как следствие закона сохранения энергии. Рассуждения Майера и опыты Джоуля доказали эквивалентность механической работы и теплоты, показав, что количество выделяемой теплоты равно совершенной работе и наоборот, формулировку же в точных терминах закону сохранению энергии первым дал Гельмгольц. В отличие от своих предшественников, он связывал закон сохранения энергии с невозможностью существования вечных двигателей. Принцип невозможности вечного двигателя был положен Майером и Гельмгольцем в основу анализа различных превращений энергии. Макс Планк в работе «Принцип сохранения энергии» сделал специальный акцент на эквивалентности (а не причинно-следственной связи) принципа невозможности вечного двигателя и принципа сохранения энергии.
В термодинамике исторически закон сохранения формулируется в виде первого начала термодинамики: изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил над системой и количества теплоты, переданного системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход, т. е. Q = ΔU + A. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.
Вечные двигатели второго рода
Классический вечный двигатель второго рода предусматривает возможность накопления тепла за счет работы, затраты которой меньше полученного тепла, и использования части этого тепла для повторного совершения работы в новом цикле. Таким образом, должен образоваться избыток работы. Другой вариант этого двигателя подразумевает упорядочение хаотического теплового движения молекул, в результате чего возникает направленное движение вещества, сопровождаемое понижением его термодинамической температуры. Широко известных проектов таких двигателей изобретено не так много, как, например, двигателей первого рода, и информация о них не достаточна для описания. Подавляющее большинство идей таких машин являются абсурдными и противоречивыми, либо относятся к классу мнимых вечных двигателей (по сути, не являются вечными), обладают низким КПД.
Сформулированное Рудольфом Клаузиусом второе начало термодинамики однозначно утверждает: невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Что также означает, что в замкнутой системе энтропия при любом реальном процессе либо возрастает, либо остается неизменной (т. е. ΔS ≥ 0). Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.
Возможность использования энергии теплового движения частиц тела (теплового резервуара) для получения механической работы (без изменения состояния других тел) означала бы возможность реализации вечного двигателя второго рода, работа которого не противоречила бы закону сохранения энергии. Например, работа двигателя корабля за счет охлаждения воды океана (доступного и практически неисчерпаемого резервуара внутренней энергии) не противоречит закону сохранения энергии, но если, кроме охлаждения воды, нигде других изменений нет, то работа такого двигателя противоречит второму началу термодинамики. В реальном тепловом двигателе процесс превращения теплоты в работу сопряжен с передачей определенного количества теплоты внешней среде. В результате тепловой резервуар двигателя охлаждается, а более холодная внешняя среда нагревается, что находится в согласии со вторым началом термодинамики.
Мнимый вечный двигатель
Рисунок 12
В 60-х гг. XX в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно пьющая птичка» или «птичка Хоттабыча». Тонкая стеклянная колба с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую емкость. Свободным концом колбочка почти касается ее дна. В колбе находится определенное количество эфира (в нижней части), верхняя пустая часть колбы обклеена снаружи тонким слоем ваты. Перед игрушкой ставят сосуд с водой и наклоняют ее, заставляя «попить» (Рис.№12). Затем механизм работает самостоятельно: несколько раз в минуту наклоняется к сосуду с водой, пока вода не кончится.
Механизм такого явления понятен: жидкость в нижней полости испаряется под влиянием комнатного тепла, давление растет и вытесняет жидкость в трубочку. Верхняя часть конструкции перевешивает, наклоняется, пар перемещается в верхний шарик. Давление выравнивается, жидкость возвращается в нижний объем, который перевешивает и возвращает «птичку» в первоначальное положение.
На первый взгляд здесь нарушается второе начало термодинамики: перепад температур отсутствует, машина только забирает тепло из воздуха. Но когда колба достигает сосуда с водой, вода из мокрой ваты интенсивно испаряется, охлаждая верхний шарик. Возникает разность температур верхнего и нижнего сосудов, за счёт которой и происходит движение. Если испарение прекратится (высохнет вата или влажность воздуха достигнет точки росы, то есть температуры, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу), машина в полном согласии со вторым началом термодинамики перестанет двигаться. Мощность такого двигателя очень низка из-за незначительной разности температур и давлений, при котором «птичка» работает.
Вечные двигатели как коммерческие проекты
Вечные двигатели, с древнейших времен окутанные тайной изобретения и действия, несомненно, создавались не только для использования в практическом плане. Во все времена были мошенники и фантазеры, намеревавшиеся извлечь не только энергию большую, чем 100%.
Одна из самых известных «афер века» - вечный двигатель Иоганна Бесслера (1680-1745).
Рисунок 13
Рисунок 14
Под псевдонимом Орфиреус этот саксонский инженер 17 ноября 1717 года в присутствии известных физиков продемонстрировал машину с диаметром вала больше 3,5 м. Двигатель пустили в ход и заперли в комнате, а проверив через полтора месяца, убедились, что колесо двигателя вращается с прежней скоростью.
Когда то же самое произошло еще через два месяца, слава Бесслера прогремела по всей Европе. Изобретатель соглашался продать машину Петру I , но этого не произошло. Однако это не помешало жить Бесслеру безбедно на средства, полученные путем демонстрации двигателя. Двигатель представляет собой большое колесо, вращающееся и поднимающее при этом тяжелый груз на значительную высоту (Рис. №13).
Изобретение вызвало множество споров и нерешенных вопросов. Самый главный из них - принцип действия - не был известен широкой публике. Поэтому недоверчивые скептики заключили, что секрет заключается в том, что искусно спрятанный человек тянет за веревку, намотанную, незаметно для наблюдателя, на скрытой части оси колеса. И их ожидания оправдались: вскоре служанка Бесслера раскрыла тайну:
двигатель действительно работал только с помощью третьих лиц (Рис. №14).
Еще один известный случай использования вечного двигателя «не по назначению»: в одном из городов с целью привлечения клиентов у одного кафе было установлено «вечно» вращающееся колесо, которое, конечно, запускалось с помощью механизма.
Некоторые разработчики идей вечных двигателей в хронологическом порядке:
- Бхаскара Ачарья (1114-1185), поэт, астроном, математик.
- Виллар де Оннекур (XIII век), архитектор.
- Николай Кузанский (1401-1464), философ, теолог, церковно-политический деятель.
- Франческо ди Джорджо (1439-1501), художник, скульптор, архитектор, изобретатель, военный инженер.
- Леонардо да Винчи (1452-1519), художник, скульптор, архитектор, математик, физик, анатом, естествоиспытатель.
- Джамбаттиста Порта (1538 - 1615), философ, оптик, астролог, математик, метеоролог.
- Корнелиус Дреббель (1572 - 1633), физик, изобретатель.
- Атанасиус Кирхер (1602-1680), физик, лингвист, теолог, математик.
- Джон Уилкинс (1614-1672), философ, лингвист.
- Денни Папен (1647-1712), математик, физик, изобретатель.
- Иоганн Бесслер (1680-1745), инженер-механик, врач, мошенник.
- Дэвид Брюстер (1781-1868), физик.
- Вильгельм Фридрих Оствальд (1853-1932), физик, химик, философ-идеалист.
- Виктор Шаубергер (1885-1958), изобретатель.
Заключение
В 1775 году Французская Академия приняла решение не рассматривать предложения вечных двигателей, выдвинув окончательный вердикт: построение вечного двигателя абсолютно невозможно. За всю историю вечного двигателя было изобретено более 600 проектов, причем большинство из них пришлось на время, когда стали известны законы термодинамики и сохранения энергии.
Конечно, усилия многочисленных создателей вечных двигателей не пропали даром. Пытаясь сконструировать невозможное, они нашли немало любопытных технических решений, придумали механизмы и устройства, которые до сих пор применяются в машиностроении. В бесплодных поисках вечного движения родились основы инженерной науки и подтвердились законы, отрицающие его существование.
