Попытки создания вечного двигателя. Разоблачение вечного двигателя. Современная классификация вечных двигателей

Сегодня все знают, что вечный двигатель невозможен. Но возникает вопрос, как ученые дошли до этого понимания. Нужно было сформулировать понятие энергия, первый и второй законы термодинамики, законы сохранения энергии. А в начале ничего такого не было, и изобретатели perpetuum mobile росли как грибы после дождя.

Первым крупным изобретателем был Бесслер, или под его творческим псевдонимом Орффиреус. Дело происходило в Германии в 18-ом веке. Рассказывают, что появился этот загадочный джентельмен в 1712 году в городке Гера. При себе имел странную игрушку: толстый деревянное колесо, полтора метра в диаметре, обернутое в промасленный кусок кожи.В центре колеса выступала массивная ось и к ней привязан прочная веревка.Стоя перед публикой Бесслер давал легкий толчок и колесо начинало раскручиваться, были слышны скрипи перекатывающихся шаров. Колесо перекачивало воду с помощью небольшого насоса, также поднимало грузики.

Единственный сохранившейся чертеж колеса Бесслера.

Всего изобретатель создал 4 машины. Но был он очень эксцентричен и страдал сильной формой паранойи. К сожалению, он не оставил после себя записей внутреннего устройства механизма. В каждом из устройств, была часть, которую он никогда не показывал, при попытке раскрыть его накрывала волна паранойи, и он разрушал свою машину, с тем чтобы в дальнейшем построить еще большую. В какой-то момент ему благоволил ландграф Карл Гессен-Кассельскому. Но патрон захотел убедиться, что Бесслер действительно изобрел вечный двигатель. Карл пригласил Лейбница -одного из крупнейших ученых европы на тот момент. До конца Лейбниц не смог убедиться, что это действительно вечный двигатель, но был очень впечатлен и рекомендовал машину.

Тогда ландграф решил провести дополнительную проверку. Бесслеру предоставили большую комнату, в центре которой он построил очередную машину. В дверях комнаты поставили двух стражников. По окончанию работ комнату опечатали и через месяц вскрыли и убедились, что колесо все еще крутится. Но как всегда условием Бесслера было, что часть устройства было закрыто, то есть до конца нельзя было быть уверенным в подлинности открытия.
Но несмотря на проведенный эксперимент, граф решил сделать дополнительную проверку. В 1721 году был приглашен голландский профессор математики Уильям Гравезанда. Чтобы убедиться, что за занавеской нет человека Гравезанд надорвал занавеску и прыснул туда перца. Но никто не чихнул.

Говорят, что Гравезанд настолько впечатлился, что пытался привлечь к изучению машины Ньютона. Но Ньютон не ответил на письмо, или он вообще относился с презрением к попыткам создать вечный двигатель.

После этой проверки Бесслер взял большой молоток и разнес свою машину на части.

В какой-то момент появилось свидетельство служанки, что она помогала запускать колесо. Но есть мнение, что это лжесвидетельство, из-за маленького жалования.

Кроме чертежа ничего не сохранилось после того изобретения. Скорее всего механизм работал по принципу зубчатого колеса, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

Позже в 19 веке Томас Янг сформулировал понятие энергии, как способности совершать работу. Юлий фон Мейер, врач и физик, приходит к выводу, что энергия сохраняется, просто меняет свою форму. К тому же выводу пришел Джеймс Джоуль. И третий ученный, который пришел к идее сохранения энергии был Герман фон Гельмгольц , тоже врач и физик. Гельмгольц в своей статье сформулировал невозможность вечного двигателя первого рода, то есть механизма, нарушающего закон сохранения энергии. Энергия не берется из ниоткуда.

Кили в своей лаборатории. 1889 год

Следующим крупным "изобретателем" вечного двигателя был американец Кили со своим двигателем Кили. Жил он в Филадельфии. До поры до времени был абсолютно неизвестной личностью, делал маленькие игрушки и продавал на местном рынке. Около 1874 года по Филадельфии появились слухи о новом изобретении, использующем новую неизвестную силу. Надо помнить, что это было времена Эдисона, с его электрической лампочкой, Нобеля и динамита, Максвелла и теории электромагнетизма. Довольно быстро нашлось много инвесторов, готовых вложить много денег в это устройство. Инвесторы были из Филадельфии и из Нью-Йорка. Была основана фирма "Keely Motor Company".

Кили и совет директоров фирмы "Keely Motor Company".
А надо понимать, что Кили умел красиво, но очень непонятно говорить. Его никто не мог понять. Он любил делать красивые демонстрации, много объяснял, но устройство механизма не показывал. И все время обещал, что вот-вот будет изобретен двигатель новой конструкции. И так это продолжалось почти 10 лет. Инвесторы дважды обращались в суд, были приглашены свидетели-эксперты, но ничего не помогало. Проблема была в том, что фирма названа по его имени и все зависело от изобретателя. А у инвесторов толком не было никаких прав. И чтобы Кили не сбежал, инвесторам приходилось идти с ним на компромиссы. Даже была шуточное высказывание, по панамскому каналу будут плавать судна на двигателе Кили.

В самый тяжелый момент у Кили появился спонсор: вдова Клара Блюмфильд-Мор. Она помогала ему деньгами, пиаром. Но из-за сильной критики, она захотела провести проверку. Был приглашен Александр Скот, инженер-электрик.

Одним из демонстрационным механизмов Кили, был так называемый эксперимент левитации, или аккорд-масс.

Килли давал пару аккордов и тяжелый грузик вопреки силы гравитации всплывал внутри стеклянной трубке. К трубке был подключен "ретранслятор"с помощью электрического шнура. А Скот заподозрил, что это полая трубка и механизм работает от сжатого воздуха. И предложил Кили провести эксперимент без провода. На что Кили ответил отказом.

После смерти Кили в подвале дома инвесторы обнаружили большой сосуд с сжатым возухом, с помощью которого он запускал один из своих механизмов.

Говорят, что перед смертью спросили как бы он хотел, чтобы его запомнили. На что он ответил, что как самого большого махинатора 19 века.

Сади Карно, который ситается отцом-основателем термодинамики, учился в начале 19-ого века в политехническом университете Парижа. Карно был самым молодым студентом ВУЗа, он поступил туда в 16 лет, минилальный возраст поступления в ВУЗ. По окончании учебы Карно призвался в наполеоновскую армию, но там ему не нравилось. И дождавшись ближайшего отпуска он занялся исследованием паровых двигателей. На тот момент лучшие двигатели были английские, а французкие были не ахти. Он начал их исследовать и понял, что у двигателей был немного разный механизм, использовалось разное топливо, металл, из которого они изготовлены разный. Единственно, что общее это "течение" тепла от горячей области к холодной.Это его открытие было очень значимо. При чем оно не очевидно. Мы просто привыкли, что это так, а вот почему тепло должно течь от горячего к холодному- остается хорошим вопросом. Это открытие послужило основанием более общему принципу, второму закону термодинамики. Когда Карно было 36 лет, в Париже разразилась эпидемия холеры и были уничтожены многие его работы. Распространению его работ поспособствовал английский учёный, лорд Кельвин, или Уильям Томсон.

Лорд Кельвин, энтропия, Людвиг Больцман и другие...

Продолжение следует...

Таким образом, машины, которые извлекают энергию из конечных источников, не будут работать бесконечно, потому что ими управляет энергия, запасённая в источнике, которая в конечном итоге будет исчерпана. Типичным примером являются устройства, работающие благодаря океаническим течениям, чья энергия в конечном итоге поступает от Солнца, которое само со временем сгорит. Были предложены машины, приводимые в действие более неясными источниками, но на них распространяются те же неизбежные законы, и в конечном итоге они будут прекращены.

В 2017 году были открыты новые состояния материи, темпоральные кристаллы , в которых в микроскопическом масштабе атомы компонентов находятся в непрерывном повторяющемся движении, что удовлетворяет буквальному определению «вечного движения» . Однако, они не представляют собой вечные двигатели в традиционном смысле и не нарушают термодинамические законы, потому что они находятся в своем квантовом основном состоянии, поэтому никакая энергия не может быть извлечена из них; у них есть «движение без энергии».

Современная классификация вечных двигателей

И первое, и второе начала термодинамики были введены как постулаты после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у учёных не остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно. В частности, второе начало термодинамики может быть сформулировано как один из следующих (эквивалентных) постулатов:

1. Постулат Кельвина - невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счёт охлаждения теплового резервуара.
2. Постулат Клаузиуса - самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к более горячим невозможен.

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. Так, Бхаскара в своём стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикреплёнными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе» . Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики , приблизительно к XIII веку. К XVI-XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран.

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо , в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага , должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда . Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила - это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет уравновешивать или превосходить силу, действующую на остальные баки.

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

Экономическая эффективность

Пример псевдовечного двигателя 2-го рода

Анализ конкретной конструкции вечного двигателя 2-го рода может представлять собой нетривиальную задачу, особенно если речь идёт о конструкции сложной или такой, принцип действия которой на первый взгляд вообще непонятен, либо потоки энергии и их источник неочевидны. Зафиксируем, например, один конец работающей на изгиб биметаллической пластины , а ко второму концу подвесим груз и поместим получившуюся конструкцию на открытый воздух . За счёт колебаний температуры пластина будет изгибаться/распрямляться, а груз подниматься и опускаться, то есть устройство будет совершать работу. Заменив груз на храповой механизм , получим механический привод, способный выполнять полезную работу за счёт извлечения энергии из единственного теплового резервуара - окружающей среды . Но поскольку окружающая среда попеременно выступает в качестве то нагревателя, то охладителя, противоречие со вторым законом термодинамики отсутствует. Таким образом, рассмотренная конструкция представляет собой не вечный, а псевдовечный двигатель 2-го рода .

См. также

Примечания

1. Перельман Я. И. В поисках вечного двигателя (Въ поискахъ вѣчнаго двигателя). - «Природа и люди», 1915, № 32, с. 508-510. На странице 509.
2. Большая российская энциклопедия
3. Большая советская энциклопедия , 3-е изд.
4. Derry, Gregory N. What Science Is and How It Works . - Princeton University Press, 2002-03-04. - P. 167. - ISBN 978-1400823116 .
5. Roy, Bimalendu Narayan. Fundamentals of Classical and Statistical Thermodynamics . - John Wiley & Sons, 2002. - P. 58. - ISBN 978-0470843130 .
6. Definition of perpetual motion (неопр.) . Oxforddictionaries.com (22 ноября 2012). Дата обращения 27 ноября 2012.
7. Sébastien Point, Free energy: when the web is freewheeling, Skeptikal Inquirer, January February 2018
8. Taylor, J. H.; Weisberg, J. M. Further experimental tests of relativistic gravity using the binary pulsar PSR 1913 + 16 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. - IOP Publishing , 1989. - Vol. 345 . - P. 434-450 . - DOI :10.1086/167917 . - Bibcode : 1989ApJ...345..434T .
9. Weisberg, J. M.; Nice, D. J.; Taylor, J. H. Timing Measurements of the Relativistic Binary Pulsar PSR B1913+16 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. - IOP Publishing , 2010. - Vol. 722 , no. 2 . - P. 1030-1034 . - DOI :10.1088/0004-637X/722/2/1030 . - Bibcode : 2010ApJ...722.1030W . - arXiv :1011.0718v1 .
10. Grossman, Lisa Death-defying time crystal could outlast the universe (неопр.) . newscientist.com . New Scientist (18 января 2012). Архивировано 2 февраля 2017 года.
11. Cowen, Ron "Time Crystals" Could Be a Legitimate Form of Perpetual Motion (неопр.) . scientificamerican.com . Scientific American (27 февраля 2012). Архивировано 2 февраля 2017 года.
12. Powell, Devin. Can matter cycle through shapes eternally? (англ.) // Nature. - 2013. - ISSN 1476-4687 . - DOI :10.1038/nature.2013.13657 . Архивировано 3 февраля 2017 года.
13. Gibney, Elizabeth. The quest to crystallize time (англ.) // Nature. - 2017. - Vol. 543 , no. 7644 . - P. 164-166 . - ISSN 0028-0836 . - DOI :10.1038/543164a . - Bibcode : 2017Natur.543..164G . Архивировано 13 марта 2017 года.
14. Ю. Румер , М. Рывкин. §9. Круговые процессы. Цикл Карно // Термодинамика, статистическая физика и кинетика. - Рипол Классик, 1977. - ISBN 9785458513012 .
15. ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Наиболее ранние сведения о вечных двигателях
16. Стефанова А. Суета сует, или краткая летопись изысканий вечного движения // Мир измерений. 2013. № 6. С. 62-64.
17. Histoire de l’Académie royale des sciences, 1775, p. 61, 65
18. «Вечный двигатель» Архивная копия от 26 апреля 2018 на Wayback Machine PrimeInfo
19. Вечный двигатель // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов . - М. : Большая российская энциклопедия, 2004-2017.
20. Бродянский В.М. Вечный двигатель: прежде и теперь. - М. , 2001. - С. 225.

К нам в редакцию с завидной регулярностью приходят письма с описанием конструкций вечных двигателей и предложениями помочь с постройкой действующего прототипа во имя вечного счастья для всего человечества. Мы с большим уважением относимся ко всем нашим читателям, в том числе и тем, которые считают первый и второй постулаты термодинамики досадным историческим недоразумением. Мало того, изобретательство мы считаем важнейшим из талантов и почетнейшим из хобби.

В помощь нашим читателям, занимающимся на досуге разработкой Perpetuum Mobile, мы решили описать несколько простых способов протестировать их машины и как можно скорее узнать, идут ли они верным путем или пора отправить готовые чертежи в корзину и сесть за новые.

История болезни

Доктор Симанек считает строительство вечных двигателей отличным подспорьем в учебе, но ровно до тех пор, пока автор конструкции не начинает верить в то, что машина и вправду будет работать. К пренебрежению постулатами термодинамики заслуженный физик относится крайне нетерпимо. Видимо, поэтому он решил создать лекарство для больных, страдающих манией Perpetuum Mobile.

Дональд Симанек разработал ряд простых способов протестировать работу потенциального вечного двигателя в домашних условиях при минимальных затратах как на измерительные инструменты, так и на строительство самого прототипа. Болезнь, как правило, развивается по классическому сценарию. Пациент строит очередную конструкцию «вечного колеса» — колеса, одна сторона которого всегда оказывается тяжелее другой благодаря системе рычагов, перекатывающихся шариков, переливающейся жидкости и т.?д.

Обычно «вечное колесо» — довольно сложная механическая конструкция, реализовать которую на достойном техническом уровне весьма непросто. Многочисленные шарниры, подшипники, рычаги сложной формы всегда оставляют желать лучшего в плане качества изготовления. Поэтому на глаз сложно определить, почему машина останавливается: то ли концепция несостоятельна, то ли мешают трение и дисбаланс в неидеально изготовленных частях.

Так зарождаются сомнения. Автор прототипа запускает колесо, и оно вращается довольно долго. Все механизмы работают так, как задумано. Кажется, будто стоит еще совсем немного уменьшить трение — и механизм будет работать вечно. Так автор начинает верить в успех и убеждать окружающих, что если те проинвестируют покупку самых современных подшипников и самых точных 3D-принтеров, то счастье для всего человечества будет достигнуто, а Джоуль и Кельвин останутся в дураках.

Поверенный пинок

На самом же деле, чтобы доказать состоятельность концепции, вовсе не обязательно строить полномасштабную модель и заставлять ее вращаться вечно. Достаточно лишь продемонстрировать, что оригинальные элементы конструкции, как бы кустарно они ни были сделаны, генерируют хоть капельку энергии. Для этого достаточно сравнить поведение «вечного» колеса с обычным, создав для них одинаковые условия.

Как правило, чтобы привести в действие прототип «вечного колеса», необходимо придать ему первоначальный импульс — толкнуть рукой. Попробуем вместо стихийного «толчка» дать колесу строго определенное количество энергии. Для этого достаточно намотать на ось двигателя, скажем, десять оборотов шнура, а к другому концу шнура привязать груз, например килограммовую гирю.

Отпустите груз и позвольте ему раскрутить ось машины. Засеките время, через которое машина остановится. А затем проведите второй замер: зафиксируйте все механизмы, которые призваны смещать баланс колеса, так, чтобы колесо было полностью сбалансировано. Закрепив все шарики, рычаги и шарниры, скажем, скотчем, вы превратите «вечное» колесо в самое обыкновенное. Намотайте на ось те же десять оборотов, привяжите тот же один килограмм и засеките, через какое время колесо остановится. Если зачетное время «вечного колеса» превысит время обычного, можете смело звонить в Нобелевский комитет.

Аналогичный способ тестирования — установить прототип на возвышении и засекать время, за которое груз опустится на землю или шнур полностью размотается. Важно проводить эксперименты качественно. Подбирайте такой груз, чтобы скорость вращения колеса была оптимальной для работы всех механизмов «вечного движения». Длина шнура должна обеспечивать более-менее продолжительное время эксперимента, как минимум 20 секунд. Архимедова сила поддерживает на плаву супертанкеры массой в сотни тысяч тонн, при этом их владельцам не приходится расплачиваться с океаном ни топливом, ни водой, ни чем-либо иным. Как не воспользоваться такой щедростью природы? Поплавковому вечному двигателю мешает работать то же самое, что создает архимедову силу, — давление водяного столба. Чтобы «сухой» поплавок вошел в водяной столб снизу, ему необходимо преодолеть давление — то самое, что выталкивает «мокрые» поплавки из воды. Баланс сил вновь оказывается не в пользу Perpetuum Mobile.

Тормоза придумали физики

Конечно же, в XXI веке возможностей для творчества гораздо больше. Последний писк моды — это двигатели на постоянных магнитах и неподвижные электромагнитные генераторы. Некий Том Бирден в 2002 году умудрился даже получить патент США на генератор, черпающий энергию из вакуума. История разрешилась грандиозным скандалом и массовой переаттестацией сотрудников патентного ведомства.

Протестировать двигатель на постоянных магнитах с помощью отвеса с грузом не получится. Современные концепции требуют более продвинутых инструментов. Однако даже их можно без труда соорудить дома из подручных материалов.

Измерить крутящий момент любого двигателя можно с помощью тормоза де Прони. Английский термин Break Horsepower, которым обозначают мощность двигателя в лошадиных силах, произошел именно от этого метода, изобретенного Гаспаром де Прони на рубеже XVIII—XIX вв. еков (break — тормоз). Чтобы соорудить тормоз де Прони, понадобятся шкив, надетый на вал двигателя, ремень и два динамометра. Под динамометром может подразумеваться любая пружина, степень растяжения которой хорошо заметна на глаз. Ремень надеваем на шкив и подвешиваем к неподвижной раме на двух динамометрах.

Натяжение ремня подбирается таким образом, чтобы двигатель мог работать на оптимальных оборотах. Если натяжение в вашем случае окажется хоть немного значительным (что вряд ли), вы увидите, что показания динамометров разойдутся: тот, что располагается после шкива по ходу вращения, покажет меньшее усилие. Разница в показаниях динамометра — это и есть крутящий момент двигателя, то есть та польза, которую он принесет миру. Если посчитать обороты двигателя во время замера и умножить их на крутящий момент, вы получите мощность мотора.

Описанные выше тесты применимы практически ко всем моделям вечных двигателей. Доктор Симанек напоминает, что даже в самой сложной конструкции, состоящей из множества взаимодействующих частей, можно выделить относительно простой элемент, на котором зиждется вся концепция вечного движения. Вот его-то, а не дорогой полнофункциональный прототип, и нужно проверять.

Доверяй, но проверяй

Если же вы верите в чудо — дерзайте, но прежде чем рассылать письма в журналы и закладывать дом, не поленитесь проделать два простейших теста. Кстати, мы описали только самые простые из существующих измерительных технологий. О множестве более продвинутых можно узнать, познакомившись непосредственно с работами Дональда Симанека. Если даже после этого вы останетесь верны своей мечте — мы искренне пожелаем вам удачи. Но предупреждаем, что постулаты термодинамики, проверенные столетиями, не сдадут позиции без боя.
Удивительный капиллярный эффект действительно заставляет воду подниматься по тонкой трубочке, превозмогая действие силы тяжести. Казалось бы, грех не использовать это свойство для «бесплатного» подъема воды на высоту. К сожалению, вода, заполнив весь капилляр, так и не выльется из него. Капле помешает упасть эффект, родственный капиллярному, — поверхностное натяжение. В некоторых случаях похожие конструкции могут работать, поражая воображения зрителей. Секрет прост: вода вытечет из трубки при изменении атмосферного давления, то есть используя энергию воздушных масс. Такой «вечный двигатель» называется мнимым.
* Все Perpetuum Mobile делятся на вечные двигатели первого и второго рода. Первые стремятся добыть энергию из ничего, тем самым нарушая первый постулат термодинамики: в любой изолированной системе запас энергии остается постоянным (формулировка Джоуля). Пример такого двигателя — «вечное колесо». * Вечные двигатели второго рода стремятся использовать однажды полученную энергию многократно, нарушая второе начало термодинамики: энтропия изолированной системы не может уменьшаться, то есть нельзя совершать работу за счет передачи тепла от более холодного тела к более горячему. Пример — тепловой двигатель, отбирающий тепло у океана.

Технология вечного двигателя привлекала людей во все времена. Сегодня она считается скорее псевдонаучной и невозможной, нежели наоборот, но это не останавливает людей от создания все более диковинных штуковин и вещиц в надежде нарушить законы физики и произвести мировую революцию. Перед вами десять исторических и крайне занимательных попыток создать что-то, похожее на вечный двигатель.

Батарейка Карпена

В 1950-х годах румынский инженер Николае Василеску-Карпен изобрел батарею. Ныне расположенная (хотя и не на стендах) в Национальном техническом музее Румынии, эта батарея по-прежнему работает, хотя ученые до сих пор не сошлись во мнении, как и почему она вообще продолжает работать.

Батарея в устройстве остается той же одновольтной батарейкой, которую Карпен установил в 50-х годах. Долгое время машина была забытой, пока музей не был в состоянии качественно выставлять ее и обеспечивать безопасность такой странной штуковине. Недавно обнаружили, что батарея работает и по-прежнему выдает стабильное напряжение - спустя уже 60 лет.

Успешно защитив докторскую степень на тему магнитных эффектов в движущихся телах в 1904 году, Карпен наверняка мог создать что-то из ряда вон выходящее. К 1909 году он занялся исследованием высокочастотных токов и передачи телефонных сигналов на большие расстояния. Строил телеграфные станции, исследовал тепло окружающей среды и продвинутые технологии топливных элементов. Однако современные ученые до сих пор не пришли к единым выводам о принципах работы его странной батареи.

Было выдвинуто множество догадок, от преобразования тепловой энергии в механическую в процессе цикла, термодинамический принцип которого мы пока не обнаружили. Математический аппарат его изобретения кажется невероятно сложным, потенциально включая понятия вроде термосифонного эффекта и температурных уравнений скалярного поля. Хотя мы не смогли создать вечный двигатель, способный вырабатывать бесконечную и бесплатную энергию в огромных количествах, ничто не мешает нам радоваться батарейке, непрерывно работающей в течение 60 лет.

Энергетическая машина Джо Ньюмана

В 1911 году Бюро патентов США выпустило огромный указ. Они больше не будут выдавать патенты на устройства вечных двигателей, поскольку кажется научно невозможным создать такое устройство. Для некоторых изобретателей это означало, что сражаться за признание своей работы законной наукой теперь будет немного сложнее.

В 1984 году Джо Ньюман попал на вечерний выпуск новостей CMS с Дэном Разером и показал нечто невероятное. Живущие во время нефтяного кризиса люди были в восторге от идеи изобретателя: он представил вечный двигатель, который работал и производил больше энергии, чем потреблял.

Ученые, впрочем, не поверили ни единому слову Ньюмана.

Национальное бюро стандартов испытало устройство ученого, состоящее по большей части из аккумуляторов, заряжаемых магнитом, вращающимся внутри катушки из провода. Во время испытаний все заявления Ньюмана оказались пустыми, хотя некоторые люди продолжали верить ученому. Поэтому он решил взять свою энергетическую машину и отправиться в тур, по дороге демонстрируя ее работу. Ньюман утверждал, что его машина выдает в 10 раз больше энергии, чем поглощает, то есть работает с КПД свыше 100%. Когда его патентные заявки были отвергнуты, а научное сообщество буквально выбросило его изобретение в лужу, горю его не было предела.

Будучи ученым-любителем, который даже не закончил среднюю школу, Ньюман не сдавался, даже когда никто не поддерживал его план. Убежденный, что Бог ниспослал ему машину, которая должна изменить человечество к лучшему, Ньюман всегда считал, что истинная ценность его машины всегда была сокрыта от властей предержащих.

Водяной винт Роберта Фладда

Роберт Фладд был своего рода символом, который мог появиться лишь в определенное время в истории. Наполовину ученый, наполовину алхимик, Фладд описывал и изобретал разные вещи на рубеже 17 века. У него были довольно странные идеи: он считал, что молнии были земным воплощением гнева Божьего, который поражает их, если те не бегут. При этом Фладд верил в ряд принципов, принятых нами сегодня, даже если большинство людей в те времена их не принимало.

Его версией вечного двигателя было водяное колесо, которое может молоть зерно, постоянно вращаясь под действием рециркулирующей воды. Фладд назвал его «водяным винтом». В 1660 году появились первые гравюры по дереву с изображением такой идеи (появление которой приписывают 1618 году).

Стоит ли говорить, что устройство не работало. Тем не менее Фладд не только пытался сломать законы физики своей машины. Он также искал способ помочь фермерам. В то время обработка огромных объемов зерна зависела от потоков. Те, кто жил далеко от подходящего источника текущей воды, были вынуждены загружать свои посевы, тащить их на мельницу, а затем обратно на ферму. Если бы эта машина с вечным двигателем заработала, она существенно упростила жизнь бы бесчисленным фермерам.

Колесо Бхаскары

Одно из самых ранних упоминаний вечных двигателей приходит от математика и астронома Бхаскары, из его трудов 1150 года. Его концепция заключалась в несбалансированном колесе с серией изогнутых спиц внутри, заполненных ртутью. По мере вращения колеса, ртуть начинала двигаться, обеспечивая толчок, необходимый для поддержания вращения колеса.

За многие века вариаций этой идеи было придумано огромное количество. Совершенно понятно, почему она должна работать: колесо, пребывающее в состоянии дисбаланса, пытается привести себя в покой и, в теории, будет продолжать движение. Некоторые дизайнеры так сильно верили в возможность создания такого колеса, что даже спроектировали тормоза на случай, если процесс выйдет из-под контроля.

С нашим современным пониманием силы, трения и работы, мы знаем, что несбалансированное колесо не достигнет желаемого эффекта, поскольку мы не сможем получить всю энергию обратно, не сможем извлекать ее ни много, ни вечно. Однако сама идея была и остается интригующей людей, незнакомых с современной физикой, особенно в индуистской религиозном контексте реинкарнации и круга жизни. Идея стала настолько популярна, что колесообразные вечные двигатели позднее вошли в исламские и европейские писания.

Часы Кокса

Когда знаменитый лондонский часовщик Джеймс Кокс построил свои часы вечного движения в 1774 году, они работали в точности так, как описывала сопроводительная документация, объясняющая, почему эти часы не нуждаются в дозаводке. Документ на шесть страниц пояснял, как часы были созданы на основе «механических и философских принципов».

Согласно Коксу, работающий от алмаза вечный двигатель часов и пониженное внутреннее трение почти до полного его отсутствие гарантировали, что металлы, из которых сконструированы часы, будут распадаться гораздо медленнее, чем кто-либо когда-либо видел. Помимо этого грандиозного заявления, тогда множество презентаций новой технологии включали мистические элементы.

Помимо того что часы Кокса были вечным двигателем, они были гениальными часами. Заключенные в стекле, которое защищало внутренние рабочие компоненты от пыли, позволяя на них также смотреть, часы работали от перемен в атмосферном давлении. Если ртутный столбик рос или падал внутри часового барометра, движение ртути поворачивало внутренние колесики в том же направлении, частично заводя часы. Если часы заводились постоянно, шестерни выходили из пазов, пока цепь не ослаблялась до определенной точки, после чего все вставало на свои места и часы снова начинали заводить себя.

Первый широко принятый экземпляр часов с вечным двигателем был показан самим Коксом в Весеннем саду. Позже он был замечен на недельных выставках Механического музея, а после в Институте Клеркенвилл. На то время показ этих часов был таким чудом, что их запечатлели в бесчисленных художественных произведениях, а к Коксу регулярно приходили толпы желающих поглазеть на его чудесное творение.

Часовщик Пауль Бауманн основал духовное общество Meternitha в 1950-х годах. В дополнение к воздержанию от алкоголя, наркотиков и табака, члены этой религиозной секты живут в самодостаточной, экологически сознательной атмосфере. Чтобы достичь этого, они полагаются на чудесный вечный двигатель, созданный их основателем.

Машина под названием «Тестатика» (Testatika) может использовать якобы неиспользуемую электрическую энергию и превращать ее в энергию для сообщества. По причине закрытости, «Тестатику» не удалось целиком и полностью исследовать ученым, хотя машина и стала объектом короткого документального фильма в 1999 году. Было показано немного, но достаточно, чтобы понять, что секта почти боготворит эту сакральную машину.

Планы и особенности «Тестатики» были ниспосланы Бауманну напрямую Богом, пока он отбывал тюремное наказание за совращение молоденькой девушки. Согласно официальной легенде, он был опечален темнотой своей камеры и нехваткой света для чтения. Затем его посетило загадочное мистичное видение, которое открыло ему секрет вечного движения и бесконечной энергии, которую можно черпать прямо из воздуха. Члены секты подтверждают, что «Тестатика» была послана им Богом, отмечая также, что несколько попыток сфотографировать машину выявили разноцветный ореол вокруг нее.

В 1990-х годах болгарский физик проник в секту, чтобы выведать проект машины, надеясь открыть секрет этого волшебного энергетического устройства миру. Но ему не удалось убедить сектантов. Покончив с собой в 1997 году, выпрыгнув из окна, он оставил предсмертную записку: «Я сделал то, что мог, пусть те, кто смогут, сделают лучше».

Колесо Бесслера

Иоганн Бесслер начал свои исследования в сфере вечного движения с простой концепцией, как у колеса Бхаскары: применим вес к колесу с одной стороны, и оно будет постоянно несбалансированным и постоянно двигаться. 12 ноября 1717 года Бесслер запечатал свое изобретение в комнате. Дверь была закрыта, комната охранялась. Когда ее открыли две недели спустя, 3,7-метровое колесо по-прежнему двигалось. Комнату снова запечатали, схему повторили. Открыв дверь в начале января 1718 года, люди обнаружили, что колесо все еще вертится.

Хотя и став знаменитостью после всего этого, Бесслер не распространялся о принципах работы колеса, отмечая только, что оно полагается на грузы, которые поддерживают его несбалансированным. Более того, Бесслер был настолько скрытным, что когда один инженер прокрался поближе взглянуть на творение инженера, Бесслер психанул и уничтожил колесо. Позже инженер сказал, что не заметил ничего подозрительного. Впрочем, он увидел только внешнюю часть колеса, поэтому не мог понять, как оно работает. Даже в те времена идея вечного двигателя встречалась с некоторым цинизмом. Столетиями раньше сам Леонардо да Винчи насмехался над идеей такой машины.

И все же понятие бесслерова колеса никогда не уходило полностью из поля зрения. В 2014 году уорикширский инженер Джон Коллинз сообщил, что изучал дизайн колеса Бесслера в течение многих лет и был близок к раскрытию его тайны. Однажды Бесслер написал, что уничтожил все доказательства, чертежи и рисунки о принципах работы его колеса, но добавил, что любой, кто будет достаточно умен и сообразителен, сможет понять все наверняка.

НЛО-двигатель Отиса Т. Карра

Включенные в Реестр объектов авторских прав (третья серия, 1958: июль-декабрь) объекты кажутся немного странными. Несмотря на то, что Патентное ведомство США давно постановила, что не будет выдавать никакие патенты на устройства вечного движения, потому что их не может существовать, OTC Enterprises Inc. и ее основатель Отис Карр числятся владельцами «системы бесплатной энергии», «энергии мирного атома» и «гравитационного двигателя».

В 1959 году OTC Enterprises планировала осуществить первый рейс своего «космического транспорта четвертого измерения», работающего на вечном двигателе. И хотя по крайней мере один человек коротко ознакомился с беспорядочными частями хорошо охраняемого проекта, само устройство никогда не раскрывалось и не «отрывалось от земли». Сам Карр был госпитализирован с неопределенными симптомами в день, когда устройство должно было отправиться в свое первое путешествие.

Возможно, его болезнь была умным способом уйти от демонстрации, но ее было недостаточно, чтобы упрятать Карра за решетку. Продав опционы на технологию, которая не существовала, Карр заинтересовал инвесторов проектом, а также людей, которые верили, что его аппарат доставит их на другие планеты.

Чтобы обойти патентные ограничения своих безумных проектов, Карр запатентовал все как «развлекательное устройство», имитирующее поездки во внешний космос. Это был американский патент # 2 912 244 (10 ноября 1959 года). Карр утверждал, что его космический аппарат работает, потому что один уже улетел. Двигательной установкой была «круговая фольга свободной энергии», которая обеспечивала бесконечную поставку энергии, необходимой для доставки аппарата в космос.

Разумеется, странность происходящего открыла дорогу теориям заговора. Некоторые люди предположили, что Карр действительно собрал свой вечный двигатель и летающий аппарат. Но, конечно, его быстро прижало американское правительство. Теоретики не могли договориться, не то правительство не хочет раскрывать технологию, не то хочет использовать ее самостоятельно.

«Перпетуум-мобиле» Корнелиуса Дреббеля

Самое странное в вечном двигателем Корнелиуса Дреббеля то, что хотя мы и не знаем, как и почему он работал, вы точно видели его чаще, чем думаете.

Впервые Дреббель продемонстрировал свою машину в 1604 году и поразил всех, включая английскую королевскую семью. Машина была чем-то вроде хронометра; она никогда не нуждалась в заводке и показывала дату и фазу Луны. Движимая изменениями в температуре или в погоде, машина Дреббеля также использовала термоскоп или барометр, подобно часам Кокса.

Никто не знает, что обеспечивало движение и энергию дреббелевскому устройству, поскольку он говорил об обуздании «огненного духа воздуха», как заправский алхимик. В то время мир по-прежнему мыслил терминологией четырех элементов, и сам Дреббель экспериментировал с серой и селитрой.

Как указано в письме от 1604 года, самое раннее известное представление устройства показало центральный шар, окруженный стеклянной трубкой, заполненной жидкостью. Золотые стрелочки и отметины отслеживали фазы Луны. Другие изображения были более сложными, показывая машину, украшенную мифологическими существами и украшениями в золоте. Perpetuum mobile Дреббеля также появился в некоторых картинах, в частности кистей Альбрехта и Рубенса. На этих картинах странная тороидальная форма машины вообще ничем не напоминает сферу.

Работа Дреббеля привлекла внимание королевских судов по всей Европе, и он гастролировал по континенту в течение некоторого времени. И, как это часто бывает, умер в нищете. Будучи необразованным сыном фермера, он получил покровительство Букингемского дворца, изобрел одну из первых подводных лодок, ближе к старости стал завсегдатаем пабов и в конце концов завязался с несколькими проектами, подпортившими его репутацию.

Антигравитационная машина Дэвида Хамела

В своей самопровозглашенной «невероятно истинной истории жизни», Дэвид Хамел утверждает, что является обычным плотником без формального образования, который был избран стать хранителем машины вечной энергии и космического аппарата, который с ее помощью должен работать. После встречи с инопланетянами с планеты Кладен, Хамел заявил, что получил информацию, которая должна изменить мир - если только люди ему поверят.

Хотя все это немного обескураживает, Хамел говорил, что его вечный двигатель использует те же энергии, что и пауки, прыгающие с одной паутинки на другую. Эти скалярные силы сводят на нет притяжение гравитации и позволяют создать аппарат, который позволит нам воссоединиться с нашими кладенскими родственниками, которые и снабдили Хамела нужной информацией.

Если верить Хамелу, он уже построил такое устройство. К сожалению, оно улетело.

Проработав 20 лет, чтобы построить свое межзвездное устройство и двигатель, используя серию магнитов, он наконец включил его, и произошло вот что. Исполнившись свечения красочных ионов, его антигравитационная машина поднялась в воздух и полетела над Тихим океаном. Чтобы избежать повторения этого трагического события, Хамел строит свою следующую машину из материалов потяжелее, вроде гранита.

Чтобы понять принципы, лежащие в основе этой технологии, Хамел говорит, что вам нужно смотреть на пирамиды, изучать некоторые запрещенные книги, принять присутствие невидимой энергии и представлять скаляры и ионосферу почти как молоко и сыр.

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:

1. 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.
2. 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:

1. Бхаскара Ачарья (1114-1185), поэт, астроном, математик.
2. Виллар де Оннекур (XIII век), архитектор.
3. Николай Кузанский (1401-1464), философ, теолог, церковно-политический деятель.
4. Франческо ди Джорджо (1439-1501), художник, скульптор, архитектор, изобретатель, военный инженер.
5. Леонардо да Винчи (1452-1519), художник, скульптор, архитектор, математик, физик, анатом, естествоиспытатель.
6. Джамбаттиста Порта (1538 - 1615), философ, оптик, астролог, математик, метеоролог.
7. Корнелиус Дреббель (1572 - 1633), физик, изобретатель.
8. Атанасиус Кирхер (1602-1680), физик, лингвист, теолог, математик.
9. Джон Уилкинс (1614-1672), философ, лингвист.
10. Денни Папен (1647-1712), математик, физик, изобретатель.
11. Иоганн Бесслер (1680-1745), инженер-механик, врач, мошенник.
12. Дэвид Брюстер (1781-1868), физик.
13. Вильгельм Фридрих Оствальд (1853-1932), физик, химик, философ-идеалист.
14. 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.