Вечный двигатель миф или реальность реферат
Обновлено: 02.07.2024
Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии.
Самодвижущееся колесо немецкого изобретателя Орфиреуса два месяца вращалось в запечатанной комнате, двери которой охраняли гренадёры. В время демонстраций оно не только вращалось со скоростью 50 оборотов в минуту, но и поднимало грузы до 16 кг. В 1725 году Пётр I собирался в Германию, чтобы лично осмотреть вечный двигатель, который изобретатель Орфиреус согласился продать России за 100 000 ефимков (1 ефимок — около рубля).
Некоторым учёным удаётся получить патенты на особо заумные изобретения, где патентное бюро не в силах сразу распознать вечный двигатель. Более того, великие учёные прошлого, в том числе Роберт Бойль и Иоганн Бернулли, предлагали собственные конструкции вечного двигателя. Многие годы посвятил изобретению вечного двигателя Леонардо да Винчи.
Вечный двигатель Бхаскары, 1150 г
Разные модификации колеса Бхаскары встречаются в литературе арабских стран в последующие века. В Европе первые чертежи вечных двигателей появляются одновременно с введением арабских цифр, то есть в начале 13 века.
По какой-то причине не сохранилось свидетельств, что над вечными двигателями работали европейские инженеры в античную эпоху, то есть в Древней Греции и Древнем Риме, хотя у них вполне хватало квалификации и знаний для таких экспериментов. Вероятно, в то время просто отсутствовал спрос (общественный заказ) на вечный источник энергии. Проблему энергии успешно решало неограниченное количество рабов, доступных для использования в любое время практически бесплатно.
К счастью, в последующие столетия учёные не прислушались к выводу Леонардо да Винчи. Они продолжили попытки изобрести вечный двигатель, делая иногда по ходу поисков замечательные научные открытия.
Роберт Бойль, как и его коллега Иоганн Бернулли, ссылался на круговорот воды в природе — якобы реальный пример вечного двигателя. Бернулли считал, что круговорот воды в природе обусловлен разностью плотностей солёной и пресной воды, а вот Бойль объяснял его действием капиллярных сил. Поднимающаяся по капилляру жидкость должна, по мнению изобретателя, выливаться обратно в сосуд, если длина капилляра не слишком велика.
Например, в конце 16 века голландский математик и инженер Симон Стевин показал чертёж, который на необразованных сограждан мог произвести впечатление вечного двигателя. На этом рисунке два шара справа как будто не могут уравновесить четыре шара слева от вершины треугольника. Таким образом, цепочка шаров якобы должна вечно вращаться против часовой стрелки.
На самом деле Симон Стевин нашёл условие равновесия тел на наклонной плоскости — ещё одно научное открытие.
Сверх-единичный двигатель Клема
Для некоторых одержимых изобретателей их работа становится делом всей жизни, идеей фикс. Эти люди убеждены, что вечный двигатель существует и ранее уже неоднократно был изобретён, но могучие корпорации и правительства стран не дают таким изобретениям ход. Авторы таких изобретений якобы часто умирают при загадочных обстоятельствах. В воспалённой логике изобретателей это легко объяснить: ведь создание вечного двигателя навсегда изменит ход человеческой истории, полностью перевернёт существующие представления о науке, изменит порядок вещей в экономике и технологиях, лишит источников денег и власти сильных мира сего.
Магнитный двигатель
До сих пор в патентное ведомство США каждый год подаются десятки заявок на конструкцию вечного двигателя. Авторы современных изобретений — иногда умные и талантливые люди, которые отличаются богатой технической фантазией и большим опытом практической деятельности, но у них часто не хватает базовых теоретических знаний по физике.
Испытательная установка EmDrive в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА
Патенты США
• 3913004 от 14 октября 1975, Метод и аппаратура для увеличения электрической мощности, Роберт Александер.
• 4975608 от 4 декабря 1990, Мотор с переключаемым магнитным сопротивлением, Гарольд Аспден.
• 5288336 Преобразователь тепла в электричество, Гарольд Аспден.смотри также патенты номер 5,065,085 и 5,101,632
• 4622510 от 11 ноября 1986, Параметрическая электромашина, Фердинанд Кап.
• 2912244 от 1959 года, Гравитационная система, Отис Карр.
• 4006401 от 1 февраля 1977, Электромагнитный генератор, В Ривас.
• 3811058, 3879622 Моторы на постоянных магнитах.
• 2982261 Воздушный мотор Мак Клинтока.
• 4595843 от 17 июня 1986, Трансформатор вращающегося магнитного потока с сердечником с низкими потерями, Роберт Дель Вечио.
• 4567407 от 28 января 1986, Мотор — альтернатор, Джон Эклин.
• 3368141 от 6 января 1968, Трансформатор в сочетании с постоянными магнитами, Карлос Гарон.
• 3890548 от 17 июня 1975, Мотор с пульсирующим конденсаторным разрядом, Эдвин Грей.
• 4595852 от 17 июня 1986, Электростатический генератор, Роберт Гандлах.
• 4831299 от 16 мая 1989, Униполярный генератор переменного тока, Енакиши Хайсака.
• 4249096 от 3 февраля 1981, Электрическое динамо, Барбара Никокс.
• 3610971 от 5 октября 1971, Электродвижущий генератор электрического поля, Виллиямс Купер.
• 4897592 от 30 января 1990, Система, создающая мощность из энергии электростатического поля, Виллиямс Хайд.
• 4151431 от 24 апреля 1979, Мотор с постоянными магнитами, Говард Джонсон.
• 4806834 от 21 февраля 1989, Электрическая цепь индуктивных проводников, трансформаторов и моторов, Эрл Кениг.
• 3374376 от 19 марта 1968, Электрический генератор, Раймонд Кромри.
• 3977191 от 31 августа 1976, Источник мощности… Роберт Бритт.
• 3670494, Метод конвертирования атомной энергии в полезную кинетическую энергию.
• 4428193, Система извлечения полезной работы из топлива. В качестве топлива используется смесь инертных газов, циркулирующая в закрытой системе.
• 4709323 от 24 ноября 1987, Конвертор параллельного резонанса, Чарльз Лиен.
• 5146395 от 8 сентября 1992, Источник мощности, использующий две накопительные цепи, Ричард Мак Ки.
• 4210859 от 1 июня 1980, Индуктивное устройство, имеющее две ортогональные обмотки, Пауль Мерестский.
• 4500827 от 19 февраля 1985, Линейный электрический генератор, Томас Мерит.
• 4904926 от 27 февраля 1990, Электрический генератор магнитного движения, Марио Пацишинский.
• 4945273 от 31 июля 1990, Высокоэффективная электрическая машина, Джозеф Пинкертон.
• 4883977 от 28 ноября 1989, Преобразователь магнитной мощности, Деннис Реган.
• 4077001 Электромагнитный преобразователь со стационарными элементами, имеющими изменяемое магнитное сопротивление, Франк Ричардсон.
• 5018180 от 21 мая 1991, Конверсия энергии, использующая заряд высокой плотности, Кеннет Шолдерс.
• 4652771 от 24 марта 1987, Трансформатор с колебаниями магнитного потока, Теодор Спич.
• 4772816 от 20 сентября 1988, Система конверсии энергии, Джефри Спенс.
• 4748311 от 31 мая 1988, Инвертор с источником мощности для прерывателя параллельной резонансной цепи, настроенной на удвоенную частоту прерывателя, Фридрих-Вернер Томас.
• Международный патент H02K 31/00, 39/00 от 24 июня 1982, Замкнутая часть униполярной машины, Адам Тромбли.
• 4835433 1987 год, Аппаратура для непосредственного преобразования энергии радиоактивного распада в электрическую энергию, Браун П.М.
• Патенты США по электрогравитации: 1363037 Goddard 21 Декабря 1920; 2004352 Simon 11 Июня, 1935; 2210918 Karlovitz 13 Августа, 1940; 2588427 Stringfield 11 Марта, 1952; 2231877 Bennet 18 Февраля 1941; 2279586 Bennet 14 Апреля 1942; 2305500 Slayter 15 Декабря 1942.
• Английский патент номер 300,311 от 15 Августа 1927, Устройство для производства силы или движения при помощи электродов, Таунсенд Браун.
• Французский патент номер 1003484 от 11/1951 года.
Электрогравитация.
• 3187206 от 1 июня 1965, Электрокинетическая аппаратура, Таунсенд Браун.
• 3022430 от 20 февраля 1962, Электрокинетический генератор, Таунсенд Браун.
• 3018394 от 23 января 1962, Электрокинетический преобразователь, Таунсенд Браун.
• 2949550 от 16 августа 1960, Электрокинетическая аппаратура, Таунсенд Браун.
• 1974483 от 25 сентября 1934, Электростатический мотор, Таунсенд Браун.
• 4687947 от 18 Августа 1987, Электрическая цепь сохранения мощности, Мельвин Кобб.
• 4772775 от 20 Сентября 1988, Генерация потока плазмы в электрической дуге, Сэм Лич.
• 4432098 и 4429280, Передача информации при помощи магнитного векторного потенциала, Рейнолдс Гелинас.
• Великобритания, No. 547668, 30 января ( 7 сентября ) 1942 года, Мотор с постоянными магнитами, автор Стенли Хичкок.
• Великобритания, Заявка No.2282708A, Мотор с постоянными магнитами, Роберт Адамс, Гарольд Аспден.
Работа ребёнка над таким механизмом может быть реальным подспорьем в учёбе, оно помогает школьнику разогреть интерес к физике и точным наукам. Важно не перейти тонкую грань, когда вера в возможность создания вечного двигателя не проходит, а превращается в навязчивую идею на протяжении всей жизни.
И такие идеи появились — как на основе использования уже известных явлений, так и в связи с новыми физическими открытиями. Первая из идей, о которой нужно вспомнить, — использование сифона. Это устройство, известное еще с античных времен (оно упоминается у Герона Александрийского), использовалось для переливания воды или масла из сосуда, расположенного выше, в другой, расположенный ниже… Читать ещё >
Вечный двигатель: миф или реальность? ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
г. Норильск 2010
Цель: провести исследование на тему вечных двигателей.
· Рассмотреть разные типы вечных двигателей.
· Исследовать разные попытки создания вечных двигателей.
· Проанализировать ошибки и заблуждения при создании вечных двигателей.
Предмет исследования: физика.
Объект исследования: вечные двигатели.
Содержание Тезисы Введение Основная часть Заключение Список литературы
Введение
В начале семидесятых годов XIX века в маленьком посёлке Модвилл американского штата Огайо некий предприимчивый человек решил построить лесопилку. Событие так и осталось бы незамеченным, не вознамерься изобретатель оснастить её двигателем собственной конструкции. Причём механизм должен был работать самостоятельно (без использования энергии пара или воды), непрерывно и неограниченно долго. Абсолютно уверенный в осуществимости этой идеи, американец не удосужился даже изготовить модель своего детища, а сразу же принялся за строительство.
На мощные опоры высотой около 4,5 метров он водрузил огромную бочку, вмещавшую сто вёдер воды, и вместе с семьёй наполнил её вручную. Предполагалось, что вода из бочки польётся по трубе в небольшой бочонок, стоящий на земле, а по пути будет вращать водяное колесо. Система ремней и рычагов приведёт в движение насос и пилу; насос станет перекачивать воду из бочонка наверх, а пила — превращать брёвна в доски. Закупив достаточно леса, изобретатель нанял рабочих и объявил, что пускает свою лесопилку в ход. Посмотреть на диковинную машину собрались сотни людей. Кран открыли, колесо повернулось, и, под хохот собравшихся, вода из переполнившегося бочонка потекла на землю. Попытка построить постоянно действующий источник даровой энергии провалилась. Хозяин лесопилки в затее разочаровался, продал всё, на что нашлись покупатели, и занялся более реальным делом.
Всякое ложное искусство, всякое суемудрие длится лишь положенное ему время, так как, в конце концов, оно разрушает само себя, и высшая точка его развития есть вместе с тем начало его крушения. И. Кант.
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 веке. Однако практический интерес к ней проявился в средневековых городах Европы в XIII веке. 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.
Второй период продолжался примерно до последней четверти XIX века. 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 вечных двигателей, 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, 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. А вечный двигатель первого рода производил бы работу, вообще не получая энергии извне!
Простейшим двигателем второго рода 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! Но второй закон термодинамики это превращение запрещает, а поскольку этот закон известен и существует, изобретателям не остается ничего другого, 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 вечных двигателей.
На начальном этапе истории вечных двигателей дискуссии вокруг него способствовали в определенной степени прогрессу физики, а на последующих этапах — и развитию термодинамики, и прогрессу энергетики. Более того, оба закона термодинамики родились из положения о невозможности осуществления вечного двигателя. В целом эти этапы истории вечных двигателей 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 него почву и обусловили конец его многовековой истории.
К сожалению, современные попытки возродить вечный двигатель 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.
Итак, мы выяснили, что вечный двигатель — это воображаемое устройство, способное производить работу в нарушение первого (вечный двигатель первого рода) или второго (вечный двигатель второго рода) законов термодинамики. Вечные двигатели второго рода используют либо разницу температур, либо разницу давлений в разные времена суток. Но вечные двигатели второго рода немногочисленны. Поэтому я буду исследовать вечные двигатели первого рода
В тексте говорится о двух вариантах ВД1 — с молоточками и с ртутью. Начнем с первого. Из текста в сочетании с рисунком идею изобретения можно понять. Поскольку число молоточков на ободе колеса нечетное, всегда с одной стороны их будет больше, чем с другой. В данном случае слева будет четыре молоточка, а справа — три. Следовательно, левая сторона колеса будет тяжелее правой и колесо, естественно, повернется по направлению против часовой стрелки. Тогда следующий молоточек повернется в том же направлении и перекинется на левую сторону, снова обеспечивая ее перевес. Таким образом, колесо будет постоянно вращаться. Идея колеса с грузами или тяжелой жидкостью, неравномерно распределенными по окружности колеса, оказалась очень живучей. Она разрабатывалась в самых различных вариантах многими изобретателями в течение почти шести веков и породила целый ряд механических ВД1.
Насколько можно судить по схеме, двигатель состоит из двух частей — подвижной и неподвижной. Подвижная часть — это стержень, на одном (внешнем) конце которого закреплен магнит, а другой (внутренний) насажен на неподвижную центральную ось. Таким образом, стержень может двигаться по окружности подобно стрелке часов. Неподвижная часть представляет собой два кольца — наружное и внутреннее, между которыми находится магнитный материал с внутренней поверхностью в форме косых зубцов. Автор, по-видимому, полагал, что магнит, установленный на стержне, будет поочередно притягиваться к зубцам магнитов, установленных в кольцевой части, и таким образом совершать непрерывное движение по окружности.
Несмотря на явную неработоспособность такого устройства, сама идея воспользоваться магнитными силами для создания двигателя была совершенно новой и очень интересной. Она породила в дальнейшем целое семейство. В конечном счёте, не нужно забывать, что и современный электродвигатель работает на магнитном взаимодействии статора и ротора. Несколько позже появились и гидравлические ВД1. Идеи, положенные в их основу, не были столь новыми. Они опирались на опыт античных водоподъемных сооружений и средневековых водяных мельниц.
Мы выяснили, что вечные двигатели первого рода могут быть трёх типов:
Все механические ВД1 основаны на одной и той же идее, идущей от д’Оннекура: создании постоянного неравновесия сил тяжести на колесе или другом постоянно движущемся под их действием устройстве. Это неравновесие должно вращать колесо двигателя, а от него приводить в действие машину, выполняющую полезную работу. Все такие двигатели можно разделить на две группы, отличающиеся видом груза — рабочего тела.
Начнем с твердотельных двигателей. Примерами могут служить два варианта ВД1, разработанные в разное время и в разных местах. Итальянский инженер Мариано ди Жакопо из Сиены (недалеко от Флоренции) в рукописи, датируемой 1438 годом, описал двигатель, повторяющий по существу идею д’Оннекура. Однако, здесь дана уже четкая конструктивная проработка. Грузы, представляющие собой толстые прямоугольные пластины, закреплены так, что могут откидываться только в одну сторону. Число их нечетно; поэтому слева при любом положении колеса всегда будет больше пластин, чем справа. Это и должно вызвать непрерывное вращение колеса в направлении против часовой стрелки. Александро Капра из Кремоны (Италия) описал еще один вариант ВД1 в виде колеса с грузами.
Из рисунка видно, что двигатель представлял собой колесо с расположенными по окружности равными грузами. Каждый рычаг, на котором закреплен груз, снабжен опорной деталью, установленной под углом 90° к рычагу. Поэтому грузы на левой стороне колеса, находящиеся по горизонтали на большем расстоянии от оси, чем справа, должны всегда поворачивать его по часовой стрелке и заставлять непрерывно вращаться.
Жидкостные механические двигатели принципиально ничем не отличаются от описанных твердотельных. Разница состоит только в том, что вместо перемещающихся относительно колеса грузов используется жидкость, переливающаяся при его вращении так, чтобы ее центр тяжести перемещался в нужном направлении. Все такие двигатели в разных видах развивали идею уже упоминавшегося д’Оннекура. По описанию можно представить лишь принципиальную схему двигателя. На окружности колеса под определенным углом к его радиусам закреплены на равных расстояниях замкнутые трубки, заполненные тяжелой жидкостью — ртутью. В зависимости от положения колеса жидкость переливается либо во внешнюю, либо во внутреннюю часть каждой трубки, создавая, таким образом, разницу веса правой и левой частей колеса.
Все последующие проекты механических ВД1 как с жидкими, так и с твердыми грузами, в сущности, повторяли ту же идею: создать так или иначе постоянный перевес одной стороны колеса над другой и тем заставить его непрерывно вращаться. Можно было вместо одного колеса использовать несколько связанных между собой колес. Можно было сделать грузы в виде перекатывающихся шаров или роликов или тяжелого ремня. Была даже идея заставить колесо катиться, сделав его в виде барабана, разделенного вертикальной перегородкой. По обе ее стороны должны были быть залиты две жидкости разной плотности (например, вода и ртуть).
Первым известным магнитным ВД1 была машина Петра Пилигрима. Новые виды магнитных вечных двигателей, появившиеся позже, основывались, так же как и первый, на аналогии между силой тяжести и силой притяжения магнита. Такая аналогия была совершенно естественной, она подкреплялась общефилософскими соображениями; кроме того, силу притяжения магнита можно было непосредственно сравнить с силой тяжести. Действительно, если на одну чашу весов положить кусок железа, а на другую — равную по весу гирю, то, воздействуя снизу на железо магнитом, можно определить его силу. Для этого нужно вновь уравновесить весы, добавочный груз будет равен силе притяжения магнита. Такое измерение произвел Николай Кребс (1401−1464 года). Именно совместное действие двух тождественных сил — магнита и тяжести — служило идейной основой почти всех предложенных после Петра Пилигрима магнитных ВД1.
Для разбора можно рассмотреть интересный и оригинальный магнитный ВД1 Джона Уилкинса. Схема этого двигателя представлена на рисунке. К шаровому магниту, расположенному на стойке, ведут два наклонных желоба: один прямой, установленный выше, и другой — изогнутый, установленный ниже. Изобретатель считал, что железный шарик, помещенный на верхний желоб, покатится вверх, притягиваемый магнитом. Но так как перед магнитом в верхнем желобе сделано отверстие, шарик провалится в него, скатится по нижнему желобу и через его изогнутую часть снова выскочит наверх и двинется к магниту. Кажущаяся правильность этой конструкции маскирует несостоятельность этого ВД1.
Основное заблуждение сводится к тому, что если даже магнит достаточно силен, чтобы притянуть шарик от нижней точки, то он тем более не даст ему провалиться через отверстие, расположенное совсем рядом. Если же, наоборот, сила притяжения будет недостаточна, то шарик просто не сможет подняться.
Вот мы и рассмотрели разные типы ВД.
Можно составить такую схему:
Заключение
В заключении, конечно, хочется сказать, что вечный двигатель — это идея заманчивая, но не состоятельная. Первый и второй законы термодинамики обойти нельзя. В своей работе я рассмотрел некоторые проекты (которых существует бесчисленное множество) вечных двигателей первого рода. Идеи создать вечный двигатель уже давно ушли в прошлое, но есть такие люди, которые занимаются этим и сейчас. Несмотря на то, что, казалось бы работа не актуальна, её востребованность трудно недооценить: человечество с постоянным наращиванием потребительских мощностей нуждается в дешевом (а лучше бесплатном) источнике энергии, на роль которого неплохо подошел бы вечный двигатель.
1) Ребане К. К. Энергия , энтропия, среда обитания. Таллин: Валгус, 1984.
2) Стырикович М. А. Шпильрайн Э.Э. Энергетика. Проблемы и перспективы. М.: Энергоатомиздат, 1982.
3) Более чем достаточно?: Пер. с англ. / Под ред. Р.Кларка. М.: Энергоатомиздат, 1984.
4) Второе начало термодинамики / С. Карно, В. Томсон-Кельвин, Р. Клаузиус, Л. Больцман, М. Смолуховскйй. М. — Л.: Гостехтеоретиздат, 1934. С. 310.
5) Даннеман Ф. История естествознания. Т. II, М.: ОНТИ, 1936. С. 79.
6) Кузнецов Б. Г. История энергетической техники. М.-Л.: Гостехиздат.: Вып. 2. 1935.
7) Бродянский В. М. , Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. М: Энергоатомиздат. 1988.
8) Бродянский В. М. Энергия — проблема качества // Наука и жизнь. 1982. № 3. С. 88−95.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность данного исследования заключается в том, что 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.
В связи с этим я выдвинула гипотезу о том, какое значение в науке имеет вечный двигатель. Возможно ли создание такого двигателя, одного из нетрадиционных источников энергии.
Цель моей работы: узнать, что же такое вечный двигатель, какие виды вечного двигателя существуют и можно ли его создать.
Выяснить, что такое вечный двигатель.
Рассмотреть более подробно некоторые модели вечных двигателей.
Сконструировать и провести испытания вечного двигателя.
Практическая значимость темы объясняется повышенным интересом к проблеме создания вечного двигателя и созданию альтернативных источников, заменяющих его.
Объект исследования: вечный двигатель.
Предмет исследования: происхождение вечного двигателя и его концепции.
Проблематика: возможно ли создание вечного двигателя.
Основная часть
Понятие вечного двигателя
Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое неограниченно долго действующее устройство, позволяющее получать большее количество полезной работы, чем количество сообщённой ему извне энергии (вечный двигатель первого рода) или позволяющее получать тепло от одного резервуара и полностью превращать его в работу (вечный двигатель второго рода) (1).
Современная классификация вечных двигателей такова:
Вечный двигатель первого рода — неограниченно долго действующее 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 — неограниченно долго действующая 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. В частности, второе начало термодинамики может быть сформулировано как один из следующих постулатов:
Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счёт охлаждения теплового резервуара.
Постулат Клаузиуса — самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к более горячим невозможен.
Демон Максвелла и броуновский храповик, если бы такие устройства были осуществимы, позволили бы реализовать вечный двигатель второго рода. Однако доказано, что работа таких систем как замкнутых (без обмена энергией с внешней средой) невозможна.
История создания вечных двигателей
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 двигателе 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.
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.
Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, как путем усовершенствования уже имеющихся моделей, так и пытаясь создать что-то принципиально новое. В конце концов разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное.
Различные виды вечных двигателей
Большое внимание, которое уделяли изобретатели вечного двигателя попыткам использовать для них гидравлику, конечно, не случайно.
Хорошо известно, что гидравлические двигатели были широко распространены в средневековой Европе. Водяное колесо служило, по существу, основной базой энергетики средневекового производства вплоть до XVIII в.
Вечные двигатели обычно конструировали на основе использования следующих приёмов или их комбинаций:
– подъём воды с помощью архимедова винта;
– подъём воды с помощью капилляров;
– использование колеса с не уравновешивающимися грузами;
– пар или сжатый воздух.
Самая древняя модель вечного двигателя, упоминается в рукописи XII века Бхаскары. Колесо, с прикрепленными к нему по периметру трубками, наполовину заполненными ртутью. Считалось, что за счет перетекания жидкости, колесо будет само по себе вращаться бесконечно. Принцип действия этого первого вечного двигателя был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. При легком вращении ртуть начинает двигаться по направлению, тем самым приводя колесо в состояние дисбаланса. Пытаясь достичь покоя, колесо будет находиться в постоянном движении.
Бхаскара позаимствовал дизайн своего вечного двигателя у знаменитого круга вечного возвращения и никогда не пытался построить описанное им устройство. Возможно, он даже не задумывался, насколько реальна его конструкция, — для Бхаскары это была всего лишь удобная математическая абстракция. Попытка создать вечный двигатель была безуспешной, т.к. сумма моментов силы тяжести равна нулю. Для запуска колеса необходимо приложить силу, но колесо не будет вращаться вечно. (3)
Колесо Бхаскары
Н е менее старая модель вечного двигателя, это колесо с перекатывающимися в нем тяжелыми шариками. При любом положении колеса грузы на правой его стороне будут находиться дальше от центра, чем грузы на левой половине. Поэтому правая половина должна всегда перетягивать левую и заставлять колесо вращаться. Значит колесо должно вращаться вечно.
Колесо с шариками
Исследовательская часть
Человеческая натура такова, что испокон веков люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Изучая различные источники информации, мне стало интересно, а можно ли вообще сделать вечный двигатель и что он под собой подразумевает. И сколько будет работать колесо, если попробовать воссоздать уже существующие модели?
Конструирование и испытания колеса Бхаскара
Изучив литературу по созданию колеса Бхаскара, мы с папой приступили к его конструированию. Правда мы внесли некоторые изменения в конструкцию, взяв вместо ртути обычную воду и поменяв трубки на пластиковые бутылки.
Следующий эксперимент мы провели с феном, создавая поток воздуха от него и заставляя колесо вращаться. Время его вращения увеличилось ровно на столько пока действовал воздушный поток.
Вечный двигатель у нас конечно не получился, но прикоснуться к созданию таких машин было очень интересно.
Конструирование и испытания механического двигателя
Следующее колесо, которое мы воссоздали, это было колесо с шариками. Нам понадобился плотный картон, оргстекло, шарики.
Все проекты механических perpetuum mobile как с жидкими, так и с твердыми грузами, в сущности, повторяли одну и ту же идею: создать так или иначе постоянный перевес одной стороны колеса над другой и тем заставить его непрерывно вращаться.
Тогда вечный двигатель должен совершать полезную работу, не имея никаких внешних источников энергии. Проще сказать, в нем не должно сжигаться топливо и к нему не должны прикладываться механические усилия. Чтобы вечный двигатель мог работать, он должен сам себя обеспечивать энергией. Иначе говоря, он должен вырабатывать ее в достаточном количестве, не имея никакого внешнего источника.
Существует ряд свидетельств, что именно поиски такой нереализуемой машины заложили фундамент механики как науки. Великие ученные прошлого приняли как аксиому невозможность создания Perpetuum Mobile и тем помогли пробиться росткам новой науки. Закон сохранения энергии стал неизбежным препятствием для изобретателей Perpetuum Mobile .
Ученые говорят, что создать вечный двигатель невозможно, но люди, не обращая внимания на их высказывания, продолжают пытаться создать Perpetuuum Mobile . Я же соглашаюсь с мнением ученых, но верю, что изобрести такой механизм, который будет работать очень долго под силу человеческим возможностям.
Список литературы
Большая Советская Энциклопедия / ред. О.Ю. Шмидт. - М.: Советская Энциклопедия, 1992. - 921 c.
Бродянский В.М. Вечный двигатель - прежде и теперь. — Гостехиздат, ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 264с.
Перельман, Я.И. Занимательная физика. Книга первая / Я.И. Перельман. - М.: Центрполиграф, 2017. - 252с.
Вечный двигатель или Рerpetuum мobile (на латыни)— устройство, которое способно бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов.
Люди еще с древних времен пытались создать такой двигатель. Ученые считают, что родиной первого Рerpetuum мobile по праву считается Индия.
Первое упоминания о нем датируется примерно 1150 годом в стихотворении индийского писателя Бхаскар ы. Древний писатель описывает колесо с наискось прикрепленными по ободу сосудами, частично заполненными ртутью. Принцип его действия заключался в различии моментов сил тяжести, которые создаются жидкостью, перемещающейся в сосудах.
В Европе первые проекты вечного двигателя появляются в XIII веке, а. к XVI—XVII векам идея такого агрегата захватила умы ученых того времени. В патентные бюро европейских стран подавалось большое количество проектов вечных двигателей. Среди рисунков талантливого ученого Леонардо Да Винчи была также найдена гравюра с чертежом Рerpetuum мobile.
Как же выглядели другие модели вечного двигателя?
Один из них представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы.
По замыслу древнего инженера, в соответствии с законом рычага, это должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При движении колеса грузы откидывались бы с правой стороны и сохраняли движущее усилие. Но, в действительности это колесо остается неподвижным. Причина заключается в том, что моменты сил справа и слева оказываются равны (справа грузы имеют более длинный рычаг, однако слева их больше по количеству).
Другой вариант вечного двигателя, основывается на законе Архимеда.
Для выработки энергии используется закон Архимеда (тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность). Создатель двигателя использовал связанные между собой полые баки, при этом, одну половину он поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться. Однако это конструкция Рerpetuum мobile также оказалась нерабочей.
Современные ученые после многократного экспериментального подтверждения заявляют о невозможности создания вечных двигателей.
Но не стоит опускать рук. Просто надо забыть о том, что это нереально и ДОКАЗАТЬ ОБРАТНОЕ!
Читайте также: