| |
|
Индийский или арабский перпетуум мобиле с небольшими косо закрепленными сосудами, частично наполненными ртутью.
рис. 1
|
Одна из древнейших конструкций вечного двигателя.
рис. 2
|
Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда.
рис. 3
|
|
|
История
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.
В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия.На рис. 1 Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г.,
описывает некое колесо с прикрепленными 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, помещенных 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.
Неудачные конструкции вечных двигателей из истории.
На рис. 2 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. Дифференциальная 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.
На рис. 3 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 превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода.
|
|
Приступая к разбору истории вечного двигателя, нужно, по-видимому, начать с того, откуда взялось это понятие и что, собственно, оно означает.
Идея об устройстве, которое могло бы приводить в движение машины, не используя ни мускульную силу людей и животных, ни силу ветра и падающей воды, возникла впервые, насколько известно, в Индии в XII в. Однако практический интерес к ней проявился в средневековых городах Европы в XIII в.
Это не было случайностью; универсальный двигатель, способный работать в любом месте, был бы очень полезен средневековому ремесленнику. Он мог бы приводить в движение кузнечные меха, подававшие воздух в горны и печи, водяные насосы, крутить мельницы, поднимать грузы на стройках. Говоря современным языком, создание такого двигателя позволило бы сделать существенный шаг и в энергетике, и в развитии производительных сил в целом.
Средневековая наука не была готова к тому, чтобы хоть как-то помочь этим поискам. Привычных нам представлений, связанных с энергией и законами ее превращений, в то время еще не было. Естественно поэтому, "по люди, мечтавшие создать универсальный двигатель, опирались, прежде всего, на то вечное движение, которое они видели в окружающей природе: движение солнца, лупы и планет, морские приливы и отливы, течение рек.
Такое вечное движение называлось "perpetuum mobile naturae" - естественное, природное вечное движение. Существование такого природного вечного движения со средневековой точки зрения неопровержимо свидетельствовало о возможности создания и искусственного вечного движения- "perpetuum mobile artificae". Надо было только найти способ перенести существующие в природе явления на искусственно созданные машины.
В результате такого переноса слово "perpetuum" ("вечный") приобрело в этом термине несколько иной смысл. Применительно к технике оно уже означало не "бесконечный", а скорее "непрерывный", "постоянно действующий". Было очевидно, что любая искусственная машина, созданная человеком, не вечна, она, в конце концов, неизбежно износится. Но пока двигатель существует - он постоянно должен действовать.
В этом смысле - как обозначение постоянно, самого по себе действующего двигателя - сочетание "perpetuum mobile artificae" дожило и до наших дней. Слово "artificae" постепенно исчезло, так как ясно было, что термин относится к искусственному устройству. Для краткости "perpetuum mobile" часто пишут сокращенно - ррm.
Таким образом, русский термин "вечный двигатель" не совсем точно отражает понятие ррm. Однако, поскольку он вошел во всеобщий обиход, мы будем им пользоваться наряду с сокращенным обозначением ррm. Кроме того, мы по возможности постараемся избегать частого упоминания перед словами "вечный двигатель" прилагательных типа "воображаемый", "нереализуемый", "неосуществимый" и т. д., так как это подразумевается с самого начала.
По этой же причине словосочетание "вечный двигатель" везде, начиная с заголовка, пишется без кавычек. Ведь упоминают же в литературе без кавычек чертей, ведьм и всякую прочую нечистую силу, хотя прекрасно известно, что в настоящем виде они не существуют, как и вечный двигатель.
Представление о вечном двигателе со временем существенно менялось в соответствии с развитием науки, в частности физики, и задачами, которые возникали перед энергетикой.
В первый период развития ррm (XIII-XVIII вв.) его изобретатели Fie понимали принципиальной разницы между вечным движением небесных тел и связанных с ним явлений (например, морских приливов) и тем движением, посредством которого они хотели производить работу в двигателях.
Как это ни покажется странным теперь, вопрос о том, откуда должна была взяться эта работа, тогда вообще не возникал. Только примерно с XVI в., когда постепенно начала формироваться мысль о некой "силе" как источнике движения и о том, что эта сила не может ни возникнуть из ничего, ни исчезнуть бесследно, появились сомнения в возможности, а затем и убеждение в невозможности создания ррm.
Однако, как мы увидим далее, этого мнения придерживался очень небольшой круг наиболее
квалифицированных ученых-физиков и механиков. Общим достоянием такое понимание не стало. Все же официальным решением Парижской академии наук в 1775 г. было прекращено рассмотрение любых проектов perpetuurm mobile. На этом закончился первый период истории ррm.
Второй период продолжался примерно до последней четверти XIX в. За это время было определено понятие энергии, и закон ее сохранения получил окончательное научное оформление. Были заложены основы термодинамики - науки об энергии и ее превращениях. Однако усилия изобретателей, работающих над созданием различных вариантов ррm, нисколько не ослабели.
Создалась интересная ситуация - сосуществование (правда, совсем не мирное) науки и антинаучной изобретательской деятельности. Этот парадокс объяснялся, с одной стороны, возросшими требованиями к энергетике, потреблявшей много топлива, и с другой - тем, что первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) не был еще достаточно хорошо известен широкому кругу людей, занимавшихся техникой.
На этом, по существу, заканчивается история так называемого вечного двигателя первого рода - ррm-1, изобретатели которого пытались нарушить первый закон термодинамики. Напомним, что он требует, чтобы общее количество энергии, поступающей в двигатель, было в точности равно общему количеству выходящей из него; энергия не может исчезать или возникать из ничего. A ppm-1 производил бы работу, вообще не получая энергии извне!
Третий период развития ppm продолжается и теперь. Этот период характерен тем, что современные изобретатели ppm в отличие от своих коллег, работавших в предыдущие времена, знают о существовании научных законов, исключающих возможность его создания. Поэтому они пытаются создать ppm совсем другого рода.
Такой вечный двигатель не должен нарушать закон сохранения энергии - первый закон термодинамики. Здесь все в порядке. Но он должен действовать вопреки второму закону термодинамики. Этот закон определенным образом ограничивает превращаемость одних форм энергии в другие. Такой двигатель в отличие от предшествующих ему вариантов ppm-1, относящихся к первым двум периодам, был назван вечным двигателем второго рода - ррm-2.
Простейшим ррm-2 был бы такой, который, получая тепло от окружающей среды (например, от воды или атмосферного воздуха), полностью или частично превращал бы его в работу. Он позволил бы обойтись не только без затраты органического или ядерного топлива, но и без загрязнения окружающей среды. Есть за что бороться! По второй закон термодинамики это превращение запрещает.
Поскольку - пот закон известен и существует, изобретателям ррm-2 не остается ничего другою, как бороться именно с ним. Нападки на второй закон ведутся ими с самых разных сторон - физической, философской и даже политической. Эта борьба вокруг второго закона термодинамики составляет, по существу, основное содержание третьего периода истории ppm.
На начальном этапе истории ppm дискуссии вокруг него способствовали в определенной степени прогрессу физики, а на последнем этапе - и развитию термодинамики, и прогрессу энергетики. Более того, оба закона термодинамики родились из положения о невозможности осуществления вечного двигателя. В целом эти этапы истории ppm можно характеризовать как движение от утопии к науке. В конечном счете, сам вечный двигатель породил, если так можно выразиться, те фундаментальные научные положения, которые вырвали из-под нею почву и обусловили конец его многовековой истории.
К сожалению, современные попытки возродить, ррm на новой основе уже ничего науке не дают, и дать не могут. Напротив, они только вносят путаницу и отвлекают людей от настоящего дела. Теперешний этап истории вечного двигателя характеризуется попытками продвинуться в обратном направлении - от науки к утопии.
Чтобы разобраться во всех этапах истории ррm и двинуться дальше, надо обязательно сформулировать определение того, о чем пойдет речь. Итак, вечный двигатель - это воображаемое устройство, способное производить работу в нарушение первого (ррm-1) или второго (ppm-2) законов термодинамики.
| |
|
|
|
|
| |
Современная классификация вечных двигателей
| |
Вечный двигатель: первого рода — двигатель (воображаемая машина), способный бесконечно совершать работу без затрат
топлива или других энергетических ресурсов. Их существование противоречит первому закону термодинамики. Согласно закону
сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал.
Вечный двигатель: второго рода — воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло,
извлекаемое из окружающих тел . Они противоречат второму закону термодинамики. К ним можно отнести двигатели,
эксплуатирующие пока не известные нам виды энергии с эффективностью более 100 процентов. Согласно Второму началу термодинамики,
все попытки создать такой двигатель обречены на провал.
|
| |
|
|
