Вечный двигатель

«Вечный двигатель»

Ве́чный дви́гатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии.

Современная классификация  вечных двигателей

Вечный двигатель  первого рода — 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 осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.

Вечный двигатель  второго рода — машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления 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 остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно.

Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счет охлаждения теплового резервуара.

Постулат Клаузиуса — самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к более горячим невозможен.

История

 

 

 

 

 

 

 

Индийский или арабский вечный

двигатель с небольшими косо закреплёнными

сосудами, частично наполненными ртутью.

 

 

 

 

 

 

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. Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя.

 

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

 

 

Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

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

В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. Патентное ведомство США не выдаёт патенты на perpetuum mobile уже более 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.

Иоганн Эрнст Элиас Бесслер (нем. Johann Ernst Elias Bessler; 1680 — 30 ноября 1745), известный также как Орфиреус (Orffyreus) — саксонский инженер-механик, врач и легендарный мошенник-авантюрист.

17 ноября 1717 года в присутствии известных физиков продемонстрировал своему покровителю ландграфу Карлу Гессен-Кассельскому изобретенный им «вечный двигатель» с диаметром вала больше 3,5 м. После запуска машины ее заперли, а проверив через полтора месяца (4 января 1718 года), убедились, что колесо двигателя вращается с прежней скоростью. Когда то же самое произошло еще через два месяца, слава Бесслера прогремела по всей Европе, но секрет устройства он тщательно скрывал.

Секрет устройства

Шумиха, поднятая вокруг дела с «Кассельским колесом», привлекла внимание Петра I. Интересуясь всякими новинками техники, он поручил известному дипломату А. И. Остерману подробно осмотреть и, если возможно, приобрести удивительную машину. Одновременно Пётр I запросил об этом мнение знаменитых физиков того времени Лейбница и Вольфа.

Слишком высокая цена, назначенная  изобретателем, 100 000 рублей, и отрицательный  отзыв учёных явились причиной отказа Петра I от приобретения вечного двигателя  Орфиреуса.

...Монотонный, нудный труд  и низкая оплата — всего  два гроша за час — явились  причиной «выхода из строя»  вечного двигателя Э. Бесслера.

Служанка и брат Бесслера по-очереди крутили колесо из соседней комнаты посредством ручки, искусно выведенной сквозь стену. Брат Орфиреуса сбежал, а служанка Анна Розина отказалась одна вертеть вечный двигатель. Э. Бесслер и его жена не могли справиться с этой работой, и двигатель остановился. К тому же служанка, не сдержав клятвы, данной Орфиреусу, разболтала секрет работы вечного двигателя. Так был раскрыт обман Э. Бесслера. Постепенно этот двигатель, наделавший, пожалуй, больше всего шуму и создавший не менее шумную славу автору, был предан забвению. По некоторым литературным источникам известно, что Орфиреус после этого разломал свой двигатель на «атомы», якобы обидевшись на князя Карла за то, что он не выдал обещанной ему награды около 200000 рублей, и за то, что, не сдержав секрета, показал вечный двигатель учёным. Несмотря на то, что в газетах публиковались материалы, разоблачающие шарлатанство и обман, Э. Бесслер до самой смерти упорно утверждал, что всё это клевета и происки его врагов.