Вечный двигатель в физике считается воображаемым и неограниченно долго действующим устройством, позволяющим получать в большем количестве (в сравнении с количеством сообщенной ему извне энергии) полезную работу (речь идет о вечном двигателе первого рода).
Рисунок 1. Схема вечного двигателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Также при нем возможно получение тепла от одного резервуара и достижение полного превращения его в работу (вечный двигатель второго рода).
Понятие и разновидности вечного двигателя
В физике выделяют два типа вечного двигателя:
- Вечный двигатель первого рода (действующее неограниченно долго устройство, которое может обладать способностью бесконечного совершения работы. При этом исключаются затраты топлива или других энергоресурсов. Согласно закону сохранения энергии, каждая попытка создания такого вида обречена на неуспех. Невозможность реализации такой попытки выступает постулатом о первом начале термодинамике.
- Вечный двигатель второго рода теоретически представляет собой неограниченно долго действующую машину, которая, будучи на ходу, оказывалась бы способной превращать в работу абсолютно все тепло, которое извлекалось бы из окружающих тел. Невозможность появления вечного двигателя второго рода выступает постулатом в формате одной из формулировок второго начала термодинамики.
Эти два начала термодинамики вводились в формате постулатов после неоднократных подтверждений в экспериментальных смыслах невозможности появления вечных двигателей. Из них, в свою очередь, были выведены многие физические теории, протестированные большим числом наблюдений и экспериментов, что не оставляет ученым каких-либо сомнений в верности таких постулатов.
В частности, второе начало термодинамики может формулироваться в форме одного из следующих (эквивалентных) постулатов:
- постулат Кельвина (исключается вероятность создания периодически действующей машины, способной к совершению механической работы только лишь посредством охлаждения теплового резервуара);
- постулат Клаузиуса (заключенный в невозможности самопроизвольного перехода теплоты от более холодных тел к более горячим).
История возникновения идеи создания вечного двигателя
Рисунок 2. Изображение вечного двигателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Попытки исследовать место, причины и время возможного возникновения идеи вечного двигателя представляют весьма сложную задачу. Также довольно затруднительным становится попытка назвать первого автора данной идеи.
К наиболее ранним сведениям о вечном двигателе ученые относят упоминание, которое можно встретить у индийского астронома Бхаскары, также отдельные заметки встречаются в арабских рукописях XVI в., которые сохраняются в Оксфорде, Лейдене, Готе.
На сегодня в качестве прародины первых вечных двигателей по праву выступает Индия. Так, Бхаскара в своих произведениях описывает колесо с прикрепленными по ободу наискосок длинными и узкими сосудами, заполненными наполовину ртутью. Принцип действия такого механического двигателя базировался на разнице моментов сил тяжести, формируемых жидкостью, способной перемещаться в сосудах, помещенных на окружность колеса.
Бхаскара обосновывает процесс вращения колеса достаточно просто: «наполненное подобным образом жидкостью колесо, являясь насаженным на ось, что лежит на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается независимым образом».
Первые проекты вечного двигателя на территории Европы соотносятся с эпохой активного развития механики (примерно к XIII в.) К XVI—XVII векам идея вероятного появления вечного двигателя обрела статус особенно широкого распространения.
В этот временной период наблюдался быстрый рост количества проектов вечных двигателей, подаваемых для рассмотрения в патентные ведомства европейских стран (так в числе рисунков Л. Да Винчи была обнаружена гравюра с нанесением чертежа вечного двигателя).
Причины невозможности создания вечного двигателя с точки зрения термодинамики
Рисунок 3. Невозможность вечного двигателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Первый закон термодинамики считается законом энергетического сохранения, согласно ему, энергия не может быть ни созданной, ни уничтоженной, она является просто переходящей из одного формата в другой.
С целью содержания механизма в постоянном движении, приложенная энергия обязана сохраняться в подобном механизме, исключая какие-либо потери. Именно эта причина исключает вероятность создания вечного двигателя.
С целью возможности построения вечного двигателя (при теоретическом допущении) важно соблюдение нескольких условий.
У машины должны отсутствовать какие-либо «трущиеся» части, то есть любые движущиеся части не должны прикасаться к другим, поскольку это допускает вероятность трения, которое может спровоцировать потерю энергии машиной.
В условиях соприкосновения частей, появляется тепло, которое и будет являться энергией, потерянной машиной. При этом ученые исключают существование идеально гладких объектов.
Машина должна функционировать в безвоздушном вакууме, что диктуется первым условием. Ее эксплуатация в любом месте спровоцирует потерю энергии по причине трения между движущимися частями и воздухом. Несмотря на незначительность энергопотерь из-за трения воздуха, в случае с вечным двигателем, это представит серьезную проблему.
Так, даже при существовании минимальных энергопотерь, машина станет замедляться и в конечном итоге, остановится совсем даже по прошествии большого количества времени. Машина также не должна издавать каких-либо звуков, поскольку звук также представляет форму энергии, а появление звука будет означать, что она также фактически потеряла энергию.
Двигатели второго рода, задействующие теплоту окружающих тел, не станут противоречием закону сохранения энергии. Но подобные нехитрые конструкции оказываются бессильными перед вторым началом термодинамики: в рамках замкнутой системы самопроизвольный переход теплоты оказывается невозможным (от более холодных тел к горячим). Для этого требуется некий посредник. А для его работы понадобится энергия из внешнего источника.
Но самое интересное, что создание вечного двигателя может превратиться в бессмысленную идею. Ученые рассчитывают на возможность получения бесплатного источника энергии таким образом, однако, в действительности, будет получено столько энергии, сколько изначально было направлено в такой двигатель.
