Вечный двигатель с точки зрения термодинамики
Понятие и разновидности вечного двигателя
История возникновения идеи создания вечного двигателя
В физике под вечным двигателем подразумевают воображаемое и бесконечно действующее устройство, что позволяет получить в огромном количестве ( если сравнить с количеством энергии, что оно получило извне) полезную работу (вечный двигатель непосредственно первого рода).
При работе данного устройства также можно получить тепло от одного резервуара и достигнуть полноценного превращения его в деятельность (второй род вечного двигателя).
Понятие и разновидности вечного двигателя
В физической науке принято выделять вечный двигатель двух типов:
- первого рода - может функционировать неограниченно долго, это устройство наделено возможностью бесконечно осуществлять работу. В данном процессе практически исключаются топливные и другие энергоресурсные затраты. Если принять ко вниманию закон сохранения энергии, то создать такой вид невозможно, каждая попытка закончится провалом. Невозможность осуществления данной попытки является постулатом непосредственно о первом начале термодинамики;
- второго рода - под таким двигателем понимают длительно функционирующую машину, которая в процессе способна превращать в работу все извлеченное тепло из окружающих тел. Невозможность существования такого вечного двигателя служит постулатом для второго начала термодинамики.
Вышеуказанные начала термодинамики вводятся в формате именно постулатов только после многочисленных подтверждений путем экспериментов нереальности образования вечных двигателей любого из типов. Благодаря им, в свою очередь, были исследованы различные физические теории, что проверялись разнообразными наблюдениями и экспериментами. Исходя из этого, у физиков не возникает никаких сомнений в правдивости этих постулатов.
Второе начало имеет различную формулировку, оно может быть озвучено в форме таких эквивалентных постулатов как:
- Клаузиуса - он говорит о невозможности самостоятельного перехода тепла от холодных объектов к более теплым.
История возникновения идеи создания вечного двигателя
Достаточна сложная задача стояла перед физиками, поэтому было сделано много попыток исследовать место и причины возникновения, на это потрачено много времени. На сегодняшний день трудно судить о том, кто первым сформировал свою идею.
Если говорить о самых ранних сведениях, связанных с вечным двигателем, то к ним принадлежит работа индийского астронома Бхаскары. Некоторые упоминания об данном устройстве можно наблюдать также в рукописях арабов шестнадцатого века. Они до сих пор сохраняются в Готе, Лейдене, Оксфорде.
Индия выступает прародиной самых первых устройств, что получили название вечных двигателей. Ученый Бхаскара сделал попытку в своих заметках охарактеризовать колесо с узкими и длительными сосудами, что наискосок по ободу к нему прикреплены, наполненное ртутью на половину. Принцип функционирования этого механического двигателя основывался на различных показателях моментов сил тяжести, что сформированы жидкостью, которая способна изменять свое положение в сосудах, прикрепленных к окружности колеса.
Этот ученый понимал данный процесс вращения своего колеса очень просто: "колесо, что наполнено жидкостью подобным образом, насажено на ось, которая лежит на двух опорах неподвижных, постоянно вращается независимо ни от чего".
Эпоха активного механического развития (13 век) характеризуется первыми проектами вечного двигателя. До 15-16 века идея создания вечного двигателя получила статус достаточно широкого распространения.
На протяжении этого времени воплотилось в жизнь много разнообразных проектов двигателя, что подавались для рассмотрения в патентные организации стран Европы (к примеру, на рисунке Леонардо да Винчи был обнаружен набросок чертежа с изображенным вечным двигателем).
Причины невозможности создания вечного двигателя с точки зрения термодинамики
Под первым законом термодинамики подразумевают закон сохранения энергии, что гласит о том, что энергия не бывает уничтоженной или образованной, она лишь переходит из одного состояния в другое.
Чтобы содержать механизм в бесконечном движении, приложенная энергия должна сохраняться в нем, исключая любые потери. Именно поэтому, вероятность образования вечного двигателя равна нулю.
Чтобы получить возможность создать вечный двигатель, чисто теоретически необходимо соблюдать конкретные условия.
Машина не должна иметь вообще никаких "трущихся" деталей, то есть все части должны функционировать отдельно и не прикасаться к друг другу. Иначе, будет происходить процесс трения, что провоцирует потерю энергетических запасов машины.
Когда части соприкасаются, возникает тепло, что считается непосредственной энергией, которую потеряла машина. Ученые указывают еще на то, что полностью гладких объектов в мире не существует.
Машина должна выполнять свои функции в безвоздушном вакууме, как гласит первое условие. Где бы она не эксплуатировалась, это провоцирует потерю энергии, так как возникает трение между воздухом и деталями машины. Даже если потери незначительные при контакте с воздухом, для вечного двигателя они имеют огромное значение.
Когда существуют минимальные энергетические потери, машина начинает работать более медленно и в результате, склонна к завершению своей работы полностью через некоторое время. Звуки при работе также должны отсутствовать, ведь под звуком подразумевают некую энергетическую форму. Возникновение звука свидетельствует о том, что машина потеря некоторую энергию.
Если упомянуть двигатели второго типа, то они задействуют тепло окружающих тел, но не являются противоречием закона энергетического сохранения. Разнообразные конструкции остаются бессильными наравне с вторым началом термодинамики: если система замкнутая, самостоятельный переход тепла является нереальным. Чтобы осуществить данный процесс, необходимо участие какого-либо посредника. А чтобы он функционировал, необходима энергия из источника внешнего.
Самым важным фактом является то, что образование вечного двигателя, скорее всего, является безрезультатной идеей. Исследователи желают получить бесплатно энергетический источник, но на самом деле это сделать нереально - можно получить лишь то количество энергии, которое изначально было направлено в вечный двигатель.