Гидравлический вечный двигатель February 14th, 2017

В 1685 г. в одном из выпусков лондонского научного журнала «Философские труды» был опубликован предложенный французом Дени Папеном проект гидравлического перпетуум мобиле, принцип действия которого должен был опровергнуть известный парадокс гидростатики. Как видно из изображенного на рисунке, это устройство состояло из сосуда, сужавшегося в трубку в форме буквы C, которая загибалась кверху и своим открытым концом нависала над краем сосуда.

Автор проекта предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда обязательно будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, т.е. в более узкой его части. Это означало, что жидкость своей тяжестью должна была бы выдавливать саму себя из сосуда в трубку, по которой ей вновь приходилось бы возвращаться в сосуд, — тем самым достигалась требуемая непрерывная циркуляция воды в сосуде.

Как вы предположите, почему на видео "вечный двигатель" работает?

К сожалению, Папен не осознавал того, что решающим фактором в данном случае является не разное количество (а с ним и различный вес жидкости в широкой и узкой частях сосуда), а прежде всего свойство, присущее всем без исключения сообщающимся сосудам: давление жидкости в самом сосуде и изогнутой трубке всегда будет одинаковым. Гидростатический парадокс как раз и объясняется особенностями этого по существу своему именно гидростатического давления.

Называемый иначе парадоксом Паскаля, он утверждает, что суммарное давление, т.е. сила, с которой жидкость давит на горизонтальное дно сосуда, определяется только весом столба жидкости, находящейся над ним, и совершенно не зависит от формы сосуда (например, от того, сужаются или расширяются его стенки) и, следовательно, от количества жидкости.

Жертвами подобных заблуждений были иногда даже люди, работавшие на самом переднем крае современной им науки и техники. Примером может служить сам Дени Папин (1647-1714 гг.) — изобретатель не только «папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а главное — первых паровых машин с цилиндром и поршнем. Папин даже установил зависимость давления пара от температуры и показал, как получать на ее основе и вакуум, и повышенное давление. Он был учеником Гюйгенса, переписывался с Лейбницем и другими крупными учеными своего времени, состоял членом английского Королевского общества и Академии наук в Неаполе. И вот такой человек, который по праву считается крупным физиком и одним из основоположников современной теплоэнергетики (как создатель парового двигателя), работает и над вечным двигателем! Мало этого, он предлагает такой вечный двигатель, ошибочность принципа которого была совершенно очевидна и современной ему науке. Он публикует этот проект в журнале «Философские труды» (Лондон, 1685 г.).

Рис. 1.. Модель гидравлического вечного двигателя Д. Папина

Идея вечного двигателя Папина очень проста — это по существу перевернутая «вверх ногами» труба Зонки (рис. 1). Поскольку в широкой части сосуда вес воды больше, его сила должна превосходить силу веса узкого столба воды в тонкой трубе С. Поэтому вода будет постоянно сливаться из конца тонкой трубки в широкий сосуд. Остается только подставить под струю водяное колесо и вечный двигатель готов!

Очевидно, что на самом деле так не получится; поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в толстой, как в любых сообщающихся сосудах (как в правой части рис. 1.).

Судьба этой идеи Папина была той же, что и других вариантов гидравлических вечных двигателей. Автор к ней больше никогда не возвращался, занявшись более полезным делом — паровой машиной.

История с изобретением Д. Папином наталкивает на вопрос, постоянно возникающий при изучении истории вечных двигателей: чем объяснить поразительную слепоту и странный образ действий многих весьма образованных и, главное, талантливых людей, возникающие каждый раз, как только дело касается изобретения вечного двигателя?

Мы вернемся к этому вопросу в дальнейшем. Если же продолжить разговор о Папине, то непонятно и другое. Мало того, что он не учитывает уже известные законы гидравлики. Ведь в это время он был на должности «временного куратора опытов» при Лондонском королевском обществе. Папин мог при своих экспериментальных навыках легко проверить предложенную им идею вечного двигателя (так же, как он проверял другие свои предложения). Такой эксперимент легко поставить за полчаса, даже не располагая возможностями «куратора опытов». Он этого не сделал и почему-то отправил статью в журнал, ничего не проверив. Парадокс: выдающийся ученый-экспериментатор и теоретик публикует проект, противоречащий уже утвердившейся теории и не проверенный экспериментально!

В дальнейшем было предложено еще много гидравлических вечных двигателей и с другими способами подъема воды, в частности капиллярных и фитильных (что, собственно, одно и то же) [. В них предлагалось жидкость (воду или масло) поднимать из нижнего сосуда в верхний по смачиваемому капилляру или фитилю. Действительно, поднять жидкость на определенную высоту таким путем можно, но те же силы поверхностного натяжения, которые обусловили подъем, не дадут жидкости стекать с фитиля (или капилляра) в верхний сосуд.

А что же происходит на видео?

Когда в воронку наливается жидкость, то по закону сообщающихся сосудов, уровни должны быть одинаковые, а она в трубку вытекает с большим запаздыванием, стало быть под деревянным штативом находится ещё сосуд из которого вода перекачивается, так как она остановится на середине и не потечёт.Это гидравлический перпетуум мобиле средних веков, в который заложена ошибка, как якобы больший вес воронки вытеснит воду из трубки, но это не так. Любой диаметр трубки и любая форма не имеют значения, уровни просто уровняются

Большое внимание, которое уделяли изобретатели вечных двигателей 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 века.

В Англии, например, по земельной описи было 5000 водяных мельниц. Но водяное колесо применялось не только в мельницах; постепенно его стали использовать и для привода молота в кузницах, ворота, дробилки, воздуходувных мехов, станков, лесопильных рам и так далее. Однако «водяная энергетика» была привязана к определенным местам рек. Между тем техника требовала двигатель, который мог бы работать везде, где он нужен. Совершенно естественной поэтому была мысль о водяном двигателе не зависимом от реки, действительно половина дела -- использовать напор воды -- была ясна. Тут накопился достаточный опыт. Оставалась другая половина -- создать такой напор искусственно.

Способы непрерывно подавать воду снизу вверх были известны еще с античных времен. Самым совершенным из нужных для этого устройств был архимедов винт. Если соединить такой насос с водяным колесом, цикл замкнется. Надо только для начала залить водой бассейн наверху. Вода, стекая из него, будет крутить колесо, а насос, приводимый от него, снова подаст воду вверх. Таким образом, получается гидравлический двигатель, работающий, так сказать, «на самообслуживании». Никакой реки ему не нужно; он сам создаст необходимый напор и одновременно приведет в движение мельницу или станок.

Для инженера того времени, когда понятия об энергии и законе ее сохранения еще не было, в такой идее не было ничего странного. Множество изобретателей работало, пытаясь воплотить ее в жизнь. Только некоторые умы понимали, что это невозможно; одним из первых среди них был универсальный гений -- Леонардо да Винчи. В его тетрадях был найден эскиз гидравлического вечного двигателя. Машина состоит йз двух, связанных между собой устройств А и В, между которыми установлена чаша, заполняемая водой. Устройство А представляет собой архимедов винт, подающий воду из нижнего резервуара в чашу. Устройство В вращается, приводимое в движение водой, сливающейся из чаши, и крутит насос А -- архимедов винт; отработавшая вода сливается снова в резервуар.

Леонардо вместо известного в то время водяного насоса употребил водяную турбину, сделав мимоходом одно из своих изобретений. Эта турбина В -- обращенный насос -- архимедов винт. Леонардо понял, что если лить на него воду, то он будет вращаться сам, превратившись из водяного насоса в турбину.

В отличие от современных ему и будущих изобретателей гидравлических вечных двигателей такого типа (водяной двигатель + водяной насос) Леонардо знал, что он работать не сможет. Воду, в которой нет разности уровней, он назвал очень образно и точно «мертвой водой» (aqua morta). Он понимал, что падающая вода может в идеальном случае поднять то же воды на прежний уровень и только; никакой дополнительной работы она произвести не может. Для реальных условий проведенные им же исследования трения дали основание считать, что и этого не будет, так как «от усилия машины надо отнять то, что теряется от трения в опорах». И Леонардо выносит окончательный приговор: «невозможно привести мельницы в движение посредством мертвой воды».

Эта идея о невозможности получения мертвой воды «из ничего» была развита потом Р. Декартом и другими мыслителями; в конечном итоге она привела к установлению всеобщего закона сохранения энергии. Но все это произошло намного позже. Пока же изобретатели гидравлических perpetuum mobile разрабатывали все новые их варианты, объясняя каждый раз свои неудачи теми или иными частными недоработками.

Одно из ухищрений, призванных обойти трудности конструирования гидравлического вечного двигателя, состояло в том, чтобы заставить воду подниматься (или сливаться) в меньшем перепаде высот. Для этого предусматривалась каскадная система из нескольких последовательно соединенных насосов и рабочих колес. Такая машина описана в книге уже известного нам Д. Уилкинса. Подъем воды осуществляется винтовым насосом, состоящим из наклонной трубы, в которой вращается ротор. Он приводится в движение тремя рабочими колесами, вода на которые подается из трех расположенных каскадом сосудов. В оценке этого двигателя Уилкинс, как и в описанных ранее случаях, оказался на высоте. Он не только отверг этот двигатель из общих соображений, но даже подсчитал, что для вращения спирали нужно «втрое больше воды для вращения, чем то количество, которое она подает наверх».

Отметим, что Уилкинс, как и многие его современники, начал заниматься механикой и гидравликой с попыток изобрести вечный двигатель. Еще один пример стимулирующего действия perpetuum mobile -1 на науку того времени.

Уилкинс также дал первую классификацию способов построения вечных двигателей:

• 1). С помощью химической экстракции (эти проекты до нас не дошли);
• 2). С помощью свойств магнита;
• 3). С помощью сил тяжести

Гидравлические вечные двигатели он относил к третьей группе.

В итоге Уилкинс написал четко и однозначно: «Я пришел к выводу, что это устройство не способно работать». Этот любитель науки дал в XVII веке достойный пример того, как надо преодолевать заблуждения и находить истину.

Среди других гидравлических вечных двигателей следует отметить машину польского иезуита Станислава Сольского, который для приведения в движение рабочего колеса использовал ведро с водой. В верхней точке насос наполнял ведро, оно опускалось, вращая колесо, в нижней точке опрокидывалось и пустое поднималось вверх; затем процесс повторялся. Королю Казимиру эта машина, когда Станислав Сольский ее демонстрировал в Варшаве (1661 г.), очень понравилась. Однако даже светские успехи титулованных изобретателей не могли скрыть того факта, что гидравлические вечные двигатели системы «насос -- водяное колесо» на практике не работали. Нужны были новые идеи, используя которые, можно было бы поднять воду с нижнего уровня на верхний без затраты работы, не применяя механический насос. И такие идеи появились -- как на основе использованных 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 жидкости из сосуда, расположенного выше, в другой, расположенный ниже. Принцип работы его такой: два сосуда, находящихся на разных уровнях, соединяют трубкой, состоящей из двух колен, одно из которых (верхнее) меньше другого (нижнего). Преимущество такого простого устройства, используемого и до сих пор, заключается в том, что можно отбирать жидкость из верхнего сосуда сверху, не делая отверстия в его дне или стенке. Единственное условие работы сифона -- полное предварительное заполнение трубки жидкостью. Поскольку между верхним и нижним сосудом существует разность уровней, жидкость будет самотеком переливаться из верхнего сосуда в нижний.

Возникает вопрос -- как же можно использовать сифон для подъема воды, если его назначение обратное -- слив воды? Однако именно такая парадоксальная идея была выдвинута около 1600 г. и описана в книге «Новый театр машин и сооружений» (1607 г.) городским архитектором города Падуи (Италия) Витторио Зонка. Она заключалась в том, чтобы сделать короткое верхнее колено сифона толще -- больше по диаметру (D >> d). В этом случае, считал Зонка, вода в левом, толстом колене несмотря на его меньшую высоту перевесит воду в тонком колене и сифон потянет ее в противоположном направлении -- из нижнего сосуда в верхний. Он писал: «Сила, которая проявляется в толстом колене, будет тянуть то, что входит через более узкое колено». На этом принципе и должен был работать вечный двигатель Зонки. Сифон забирал воду из нижнего водоема в узкую трубу; вода из широкой трубы сливалась в сосуд, расположенный выше водоема, откуда она подавалась на водяное колесо и сливалась снова в водоем. Колесо через вал вращало мельничий жернов.

Эта оригинальная машина, естественно, работать не могла, так как по законам гидравлики направление движения жидкости в сифоне зависит только от высот столбов жидкости и не зависит от их диаметра. Однако во времена Зонки об этом четкого представления у практиков не было, хотя уже в работах Стевина по гидравлике вопрос о давлении в жидкости был решен. Он показал (1586 г.) «гидростатический парадокс» -- давление жидкости зависит только от высоты ее столба, а не от ее количества. Широко известным это положение стало позже, когда аналогичные опыты были вновь и более широко поставлены Блезом Паскалем (1623-1662 гг.), но и они не были поняты многими инженерами и учеными, по-прежнему считавшими, что чем шире сосуд, тем больше давление содержащейся в нем жидкости. Жертвами подобных заблуждений были иногда даже люди, работавшие на самом переднем крае современной им науки и техники. Примером может служить Дени Папин (1647-1714 гг.) -- изобретатель не только «папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а главное первых перовых машин с цилиндром и поршнем. Папин даже установил зависимость давления пара о температуры и показал, как получать на основе ее вакуум, и повышенное давление. Он был учеником Гюйгенса, переписывался с Лейбницем и другими крупными учеными своего времени, состоял членом английского Королевского общества и Академии наук в Неаполе. И вот такой человек, который по праву считается крупным физиком и одним из основоположником современной теплоэнергетики, работает над вечным двигателем! Более того, он предлагает такой perpetuum mobile , ошибочность принципа которого была совершенно очевидна и современной ему науке. Он публикует этот проект в журнале «Философские труды» (Лондон, 1685 г.).

Идея вечного двигателя Папина очень проста -- это по существу перевернутая «вверх ногами» труба Зонки. Из широкого сосуда выходит тонкая трубка, конец которой расположен сверху над сосудом. Папин полагал, что, поскольку в широком сосуде вес воды больше, его сила должна превосходить силу веса узкого столба в тонкой трубке, вода будет постоянно сливаться из конца тонкой трубки в широкий сосуд. Остается только подставить под струю водяное колесо и вечный двигатель готов!

Очевидно, что на самом деле так не получится; поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в сосуде, как в любых сообщающихся сосудах.

Судьба этой идеи Папина была той же, что и других вариантов гидравлических вечных двигателей. Автор к ней больше не возвращался, занявшись более полезным делом -- паровой машиной.

В дальнейшем было предложено еще много гидравлических вечных двигателей и с другими способами подъема воды, в частности капиллярных и фитильных. В них предлагалось жидкость поднимать из нижнего сосуда в верхний по смачиваемому капилляру. Действительно, поднять жидкость на определенную высоту таким путем можно, но те же силы поверхностного натяжения, которые обусловили подъем, не дадут жидкости стекать с капилляра в верхний сосуд.

В этом разделе будут описаны некоторые действительно работающие (или могущие работать) двигатели, которые по всем внешним признакам соответствуют ррш. На са­мом деле, естественно, они никакого отношения к ррш не имеют. Отсюда и приставка «псевдо» - «не настоящие, поддельные».

Секрет работы некоторых из них теперь известен, од­нако есть и такие, которые можно принять (или выдать) за ррш, так как найти и объяснить причину их движения не всегда просто.

Эти двигатели появились давно. Они очень разнообраз­ны по устройству; чаще всего их применяли для привода «вечных» часов, не нуждавшихся в заводе, движущихся игрушек, моделей машин и т. д. Общая черта таких мо­делей ррш заключается в том, что они действительно ра­ботают неограниченно долго, казалось бы, без каких-либо видимых причин. На людей, не знакомых с принципами их действия, они производят сильное впечатление. У не­которых сторонников «энергоинверсии» эти игрушки воз­буждают даже надежды как «прототипы» ррш-2. Однако вполне научное объяснение всегда находится. Но есть и та­кие псевдо-ppm, секрет которых пока не открыт; сведения об одном из них мы приведем ниже.

Насколько известно, первым изобретателем, придумав­шим и осуществившим двигатель, который работал, извле­кая без помощи какого-либо постороннего источника нуж­ную энергию из окружающей среды, был голландский ин­женер и физик Корнелиус Дреббель (1572-1633 гг.). Этот очень знаменитый в свое время человек, о котором теперь незаслуженно редко вспоминают, был несомненно выдаю­щимся исследователем и изобретателем с необычайно ши­роким кругозором, исключительным даже при сравнении с другими светилами конца XVI - начала XVII в. Биографы писали о нем, например, так: «Он был человеком высокого разума, остро мыслящий и переполненный идеями, касаю­щимися великих изобретений... Он жил как философ...». Большая часть его работ была проделана в Англии, где он служил при дворе короля Иакова I.

Его книга на латинском языке с характерным для тех времен на­званием «Послание к просвещеннейшему (sapientissimus) монарху Бри­тании - Иакову - об изобретении вечного двигателя» была издана в 1621 г. в Гамбурге. Насколько далеко он смотрел вперед, можно видеть из краткого перечисления только некоторых его достижений.

Дреббель разработал первый известный в истории техники термо­стат - устройство, в котором автоматически поддерживалась заданная температура независимо от ее изменений снаружи. Он сам изготовил и наладил всю необходимую для этого, говоря по-современному, «систему автоматического регулирования». Идея этого термостата была исполь­зована в инкубаторе, честь изобретения которого тоже принадлежит Дреббелю.

Дреббель изобрел, сконструировал, построил и испытал на Темзе подводную лодку, которая успешно преодолела дистанцию от Вестмин­стера до Гринвича (около 12 км). Она представляла собой нечто вроде вытянутого в длину водолазного колокола. Приводилась лодка в дви­жение гребцами (от 8 до 12), сидящими внутри на скамейках, уста­новленных так, что ноги людей не доходили до уровня воды. Самое, пожалуй, интересное, это навигационные средства и особенно система жизнеобеспечения экипажа, которые тоже были созданы Дреббелем.

Направление определялось традиционным путем - посредством компаса, но глубина погружения - по-новому, посредством ртутного барометра Это был достаточно точный прибор, так как каждый метр глубины погружения соответствовал 76 мм высоты ртутного столба.

Дня обеспечения дыхания экипажа изобретатель применил селитру, которая при нагревании выделяла кислород. Оценить талант (если не гениальность) Дреббеля можно, если учесть, что кислород был открыт шведским химиком К. Шееле в 1768-1773 гг., т. е. только через пол­века. Дреббель, несомненно, был отличным химиком. Об этом свиде­тельствуют не только разработка им химической системы жизнеобес­печения, но и другие изобретения - детонаторы для мин из грему­чей ртути Hg(ONC)2, технологии получения серной кислоты действием азотной кислоты на серу (это отметил Д. И. Менделеев в «Основах хи­мии»), использования солей олова для закрепления цвета при окраске тканей кошенилью. Если ко всему перечисленному выше добавить, что Дреббель был специалистом по оптическим приборам, линзы для ко­торых он шлифовал на изобретенном им самим станке, то этого будет вполне достаточно, чтобы оценить его заслуги.

Дреббель занимался и вечным двигателем. Однако такой человек, как он, не мог пойти стандартным путем, очередной раз изобретая ко­леса с грузами или водяные мельницы с насосами. Ему было совершенно ясно, что таким путем вечный двигатель не создать.

В 1607 г. он продемонстрировал Иакову I «вечные» часы (запатентованные им еще в 1598 г.), приводимые в движение, естественно, столь же «вечным» двигателем. Од­нако в отличие от многочисленных других устройств с та­ким же названием, он действительно в определенном смы­сле был «вечным». После показа королю часы были вы­ставлены во дворце Этлхем на обозрение всем желающим и вызвали сенсацию среди лондонцев.

В чем же был секрет этих часов (вернее, их двигателя)? Вечные часы Дреббеля работали от привода, использую­щего, как и любой другой реальный двигатель, единствен­ный возможный источник работы - неравновесности (раз­ности потенциалов) во внешней среде. Мы уже говорили о них - разностях давлений, температур, химических со­ставов и других, заторможенных и незаторможенных, на которых основана вся энергетика.

Но неравновесности, которые использовал Дреббель, - особого рода, отличные от тех, о которых говорилось в гл. 3, хотя они и связаны тоже с разностями температур и давлений. Они могут действовать в совершенно равно­весной окружающей среде, во всех точках которой совер­шенно одинаковые температура и давление. В чем же тут дело и откуда тогда берется работа?

Секрет в том, что разности потенциалов (давлений и температур) здесь все же существуют, но они проявляются не в пространстве, а во времени. Наиболее наглядно это можно пояснить на примере атмосферы. Пусть в том рай­оне, где находится двигатель, в ней нет никаких суще­ственных разностей давлений и температур1: все тихо и спокойно. Но общие (во всех точках) давление и темпера­тура все же меняются (например, днем и ночью). Эти-то разности и можно использовать для получения работы (в полном согласии с законами термодинамики). Энтропия здесь, естественно, как и при всяком выравнивании разно­сти потенциалов, будет расти.

Простейший способ использования колебаний параме­тров равновесной окружающей среды - поместить в нее барометр или термометр с подвижными элементами и за­ставить их работать - делать что-нибудь полезное. Именно так и поступил Дреббель. В его часах находился жидкост­ной «термоскоп», в котором уровень жидкости поднимался или опускался при изменении температуры и давления. Со­единить поплавок на поверхности жидкости с приводом ча­сов было уже делом механики, которой изобретатель вла­дел в совершенстве.

Дреббель объяснял работу своего двигателя действием «солнечного огня». Это было не только в духе времени, но и совершенно правильно с современных позиций. Дей­ствительно, все изменения температуры и давления атмо­сферы определяются в конечном счете солнечным излуче­нием.

Чертеж атмосферного двигателя Дреббеля до нас не до­шел. Однако его вечного привода повторялась в раз­ных модификациях и многократно использовалась другими изобретателями. По описаниям их приборов можно в опре­деленной степени судить о том, каким мог быть двигатель Дреббеля.

Около 1770 г. англичанин Кокс предложил баромери- ческий двигатель. На рис. 5.11 приведена его принципи­альная схема. Сосуд, заполненный ртутью, привешен на тросах, соединенных с ободом колеса. Сосуд уравновеши­вался грузом, установленным на стержне, жестко связанном с колесом. В сосуд погружена барометрическая трубка, за­крепленная в верхней части. При изменениях атмосфер­ного давления высота столба ртути в трубке менялась; со­ответственно часть ртути либо выливалась из трубки в со­пели, разумеется, пренебречь несущественными различиями, не имеющими практического значения.

Суд (падение давления), либо вталкивалась в нее из сосуда (повышение давления).

В первом случае сосуд стано­вился тяжелее и опускался вниз; во втором, напротив, поднимался. Это возвратно-поступательное дви­жение заставляло колесо попе­ременно вращаться в противопо­ложных направлениях. Посред­ством установленной на нем со­бачки храповому колесу сообща­лось однонаправленное движение.

Эта машина была довольно крупной (в сосуде было около 200 кг ртути) и могла постоянно заводить большие часы. Вот ка­кой отзыв дал о ней Фергюсон в 1774 г.: «Нет основания полагать, что они когда-нибудь остановятся, поскольку накапливающаяся в них двигательная сила могла бы обес­печивать их ход в течение целого года даже после полного устране­ния барометра1. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное ознакомле­ние с этими часами, по своей идее и исполнению они представляют собой самый замечательный ме­ханизм, который мне когда-либо приходилось видеть...».

Точно так же, как колебания давления, могли использоваться для привода часов и колебания температуры. Очень простой и

Остроумный двигатель такого рода создал швейцарский ча­совщик П. Дроз (ок. 1750 г.).

Он изготовил двухслойную пружину (рис. 5.12), внеш­няя часть которой была сделана из латуни, а внутрен­няя - из стали. Уже тогда было известно, что коэффи­циент теплового расширения латуни существенно больше,

Это означает, что мощность этого двигателя была намного больше той, которая требовалась для действия часов.

Чем стали. Поэтому при повышении температуры пружина будет сгибаться (сплошная стрелка), а при понижении -

Распрямляться (штриховая стрелка) С помощью системы рычагов это разнонаправленное движение пре­образуется в однонаправленное вращение зубчатого колеса, под­нимающего груз или заводящего пружину. Сейчас идея Дроза ши­роко используется в самых разно­образных тепловых приборах.

В дальнейшем было создано довольно много таких барических или термических двигателей, кон­структивно более совершенных, но повторяющих по существу идеи Кокса и Дроза. Если скрыть весь механизм двигателя под кожухом, то доказать, что это не ррт, прак­тически невозможно.

Нужно отметить, что такие и им подобные двигатели, основан­ные на использовании колебаний температуры и давления окружаю­щей среды, весьма выгодны эконо­мически вследствие своей простоты и практически неогра­ниченного ресурса.

Иногда в литературе, в том числе и посвященной вечным двигате­лям, появляются оценки устройств такого рода, которые могут дезори­ентировать читателя.

Нельзя, например, признать правильными расчеты экономичности микродвигателя, которые приводятся в . Автор рассуждает так: «...для суточного завода обычных ручных часов требуется работа при­мерно 0,4 Дж, что составляет около 5 10"6 Дж на каждую секунду хода часов. А поскольку 1 кВт равен 1000 Дж/с, то мощность пружины нашего часового механизма составляет всего 5-Ю-9 кВт. Если расходы на изготовление основных частей такого устройства, действующего по принципу теплового расширения, принять равными 0,01 кроны, то за машину мощностью 1 кВт нам пришлось бы заплатить 2 млн. крон (250 тыс. руб.)». Отсюда делается вывод: «Конечно же, создание и использование таких дорогих источников энергии в широком масштабе абсолютно нерентабельно».

Конечно, так рассуждать нельзя. Расходы, особенно в малых тех­нических системах, при сравнении их с большими нельзя считать про­порциональными их размерам. (Тогда, например, железнодорожный ко­
стыль будет дороже булавки в 10000 раз!). Таким путем можно по­лучить совершенно фантастические цифры. На самом деле суточные (и сезонные) колебания, например, температуры воздуха или воды мо­гут успешно, с большим экономическим эффектом ипользоваться для решения локальных энергетических задач. Кроме работы возможно по­лучение и других полезных результатов. В общем случае возможный полезный эффект определяется максимальной работой (эксергией), ко­торую можно получить, приаодя какое-либо тело в равновесие со средой дважды: сначала при одних ее крайних параметрах (Ро. с» ^о. с)» а затем при других (р"о. с Ф Ро. о То. с Ф То. с)- если, например, зимой при То. с запасти большое количество льда с температурой, скажем, -10 °С, то летом при Т"с = 20 °С 1 кг льда (даже если учитывать только его теплоту плавления) будет обладать большой эксергией. Точно так же нагретый летом до температуры окружающей среды грунт может слу­жить (и уже используется) для теплоснабжения в зимнее время.

Использование таких энергетических резервов может дать суще­ственный экономический эффект (и в малом, и в крупном масштабе).

Другая группа псевдо-ррш не связана с изменением па­раметров окружающей среды. Их действие происходит, на первый взгляд, без использования каких-либо разностей потенциалов.

Среди них особенно известны «самобеглый шарик» и «пьющая утка», которую иногда называют у нас в стране «утка Хоттабыча»1.

«Самобеглый шарик»устроен очень просто (рис. 5.13). На свинцовые кольцевые концентрические «рельсы» тре­угольного сечения кладется медный или бронзовый шар, диаметр которого в 2-3 раза больше размера колеи. Как только экспериментатор отпускает шар, поставленный на рельсы, он начинает без всякой видимой причины катиться по рельсам, описывая безостановочно один круг за другим. Если шар остановить, а затем отпустить, то он покатится снова. Этот опыт производит большое впечатление, так как, на первый взгляд, причина движения шарика совер­шенно непонятна. Однако объяснение здесь очень неслож­ное. Шарик предварительно нагревают. Теплопроводность свинца сравнительно невелика. Поэтому шарик, соприка­саясь с рельсами, нагревает места контакта. Свинец, рас­ширяясь, образует небольшие бугорки на рельсах, с кото­рых шарик скатывается; дальше такие бугорки образуются

Почему эту игрушку назвали именем старика Хоттабыча - героя известной книги Н. Лагина - можно только догадываться. Скорее всего потому, что Хоттабыч мог творить всякие чудеса. Мы уже видели, что его имя даже связали с ррш-2 («структура Хоттабыча»).

Непрерывно вслед за движением шарика и постоянно тол­кают его дальше. К тому моменту, когда он вернется к исходному месту, рельсы успевают остыть, и образование бугорков на них продолжается. Так шарик будет кататься довольно долго, пока его температура и температура свин­цовых колец рельсов практически выравняются.

Этот опыт очень на­глядно иллюстрирует прин­цип Карно. Есть разность температур - есть движение; нет разности температур - движения нет (а внутренней энергии и в шарике, и в плите с рельсами - хоть отбавляй, почти столько же, сколько было и перед началом движе­ния; она только распредели­лась равномерно).

«Утка Хоттабыча», внеш­ний вид и разрез которой по­казаны на рис. 5.14, не нужда­ется в предварительном на­греве, она и не останавлива­ется так быстро, как шарик (а может и вообще не оста­навливаться). Она исправно качается вокруг горизонталь­ной оси, каждый раз опуская клюв в воду, чтобы напиться, и снова поднимая голову вверх. Эти движения все время повторяются без всякой видимой причины и продолжаются, пока в стаканчике есть вода. Никакой разности температур между этой водой и окружающим воздухом, которую можно было бы исполь­зовать для движения, тут нет: их температуры одинаковы.

Причина движения утки становится ясной, если позна­комиться с ее устройством. «Голова» утки представляет со­бой сосуд, соединенной прямой трубкой с «туловищем»-- другим большим сосудом, в который эта трубка входит так, что достает почти до его дна. Внутренняя полость за­полнена легкокипящей жидкостью - диэтиловым эфиром (Н5С2-О-С2Н5) так, чтобы при горизонтальном положе­нии ее уровень был примерно на середине трубки. Чтобы пустить утку в ход, нужно окунуть ее клюв в воду. То­гда вата, закрепленная на головке, увлажняется и вслед­
ствие испарения воды головка несколько охлаждается. Это приводит к некоторому понижению давления пара внутри утки и понижению температуры эфира. В этом горизонтальном положении утки паро­вые пространства го­ловки и туловища со­общаются через трубку и давление в них ста­новится одинаковым. Поскольку количество жидкости в туловище немного больше, оно перевешивает, головка поднимается и утка принимает наклонное положение, показан­ное на рисунке штри­ховыми линиями. Жид­кость перекрывает сообщение между паровыми простран­ствами головки и туловища. Жидкость в туловище подогре­вается до температуры окружающей среды, частично испа­ряется и образовавшийся пар выталкивает большую часть жидкости через трубку в головку, которая перевешивает, и утка снова опускает клюв в воду. Обе полости снова сооб­щаются, давление выравнивается, и жидкость опять стекает в туловище. Процесс повторяется и может продолжаться до тех пор, пока в стаканчике, откуда утка пьет, будет вода.

Многие сторонники «инверсии энергии» очень любят и рекламируют эту игрушку. Действительно, чем не прообраз ррт-2? Она действует, «извлекая тепло из окружающей среды», и «концентрирует» его, превращая в работу. Ча­сто и объяснения, приводимые в популярной литературе, даже посвященной вечному двигателю, вносят путаницу, например, фразы такого типа: «Постоянные качания утки происходят только благодаря тому, что она отбирает те­пло от окружающего воздуха». Дело, конечно, не только (и не столько) в этом. Никакое устройство, в том числе и утка (даже принадлежащая самому Хоттабычу), не могло бы «отбирать тепло» от окружающего воздуха без затраты на это какой-либо эксергии, получаемой извне. Для этого нужно располагать разностью потенциалов между окружа­ющей средой и находящимся в ней каким-либо телом. Но
откуда в данном случае берется эксергия? И температура, и давление в окружающей среде - воздухе не имеют ника­ких перепадов, которыми можно было бы воспользоваться. Вода, которую «пьет» утка, тоже имеет ту же температуру, что и воздух. Однако здесь существует все же один пере­пад, за счет которого утка и работает. Этот перепад свя­зан с разницей давлений водяного пара над поверхностью воды и в воздухе. Так как воздух обычно не насыщен во­дяным паром (относительная влажность ср < 100 %), то на поверхности воды все время происходит ее испарение с со­ответствующим понижением температуры. В сосуде это не чувствуется - воды много, а поверхность испарения мала. Но вата на головке утки - другое дело: ее поверхность велика, а воды в ней немного. Поэтому она охлаждена все­гда; ее температура ниже температуры окружающей среды. Эта разность температур и обеспечивает работу «утки Хоттабыча». Но она вторична и возникает как следствие разной упругости пара в окружающей среде (воздухе) и над поверхностью воды. Если накрыть утку колпаком, то воздух под ним быстро насытится влагой, испарение ее с головки прекратится и «извлечение тепла из окружающей среды» на этом закончится1.

Таким образом, «утка Хоттабыча» живет и движется в полном соответствии со вторым законом. В этом отноше­нии она не отличается от обычной живой утки.

Теперь мы можем перейти к другой группе устройств, которые хоть и не доведены до уровня действующих веч­ных двигателей, но могут, по мнению некоторых сторон­ников «энергоинверсии», стать основой для их проекти­рования. Такие устройства создают разность температур; очевидно, что, имея ее в своем распоряжении, сделать дви­гатель уже нетрудно - это дело техники. Именно поэтому мечта о том, чтобы создать без затраты работы разность температур, - один из вариантов мечты о ррш-2.

Знаменитый английский физик К. Максвелл придумал

Труде проф. М. А.Мамонтова , который мы уже разбирали в этой главе, есть несколько слов и об «утке Хоттабыча». Вот что в ней написано: «Факт регулярного действия системы Хоттабыча при отсут­ствии каких-либо других источников энергии, кроме тепла атмосферы, означает, что структура Хоттабыча обладает по сравнению с ординар­ной закрытой структурой особым свойством, позволяющим получать работу за счет природного тепла». Комментарии здесь, по-видимому, не нужны.

В 1879 г. для таких мечтателей специальную мистическую фигуру - так называемого «демона Максвелла». Этот де­мон должен был делать очень нехитрую, на первый взгляд, работу - разделять в газе молекулы с большими скоро­стями («горячие») и с малыми («холодные»), Известно, что в любом газе есть и те, и другие; общая температура газа определяется неким средним значением всех скоростей.

Демон должен находиться у перегородки, разделяющей сосуд с газом на две части, и сторожить небольшое отвер­стие в ней, открывая и закрывая его так, чтобы пропускать в одну сторону только «горячие» молекулы, а в другую - только «холодные». Для других проход закрыт. Тогда через некоторое время работа демона-вратаря приведет к тому, что в одной половине сосуда будет горячий газ, а в другой - холодный. Цель достигнута! В гл. 3 мы показали на основе статистики, что самопроизвольно такое разделе­ние произойти не может. А здесь «демон», не затрачивая работу, получил разделение.

Демон Максвелла вызвал много споров. Всем серьез­ным термодинамикам было ясно, что такого демона быть не может; его «деятельность» явно нарушала бы второй закон термодинамики. Но строго научно прикончить этого демона оказалось не так просто. В конце концов это было сделано1. Оказалось, что «просто так» демон работать не может. Затраты на его деятельность не могут быть меньше той работы, которую способны дать обе порции газа при выравнивании разности температур между ними.

Однако мечта сделать что-то в этом роде у некоторых противников второго закона оставалась. И вот появилось устройство, которое оживило их надежды. Это была ви­хревая труба или труба Ранка (названная в честь ее изо­бретателя - французского инженера Ж. Ранка).

Вот что пишет об этом устройстве один из пропаган­дистов «энергоинверсии» : «Если способ отделения горячих компонентов воздуха от холодных (быстрых мо­лекул от медленных) с помощью максвелловских демо­нов, открывающих в перегородке сосуда дверцы перед бы­стрыми молекулами, видимо, невозможен, то вот с помо­щью вихревой турбины... это осуществить удалось. Она представляет собой мундштукоподобное устройство, закру­чивающее в вихрь прокачиваемый сквозь него обычный

Читателям, которые заинтересуются «демоном Максвелла», можно, рекомендовать познакомиться с ним по литературе, например .

Воздух так, что наружу выходят из него две струи - горя­чая и холодная. Перед этой простой, не имеющей движу­щихся частей турбиной большое будущее».

Если заменить в этой тираде несуществующую «вихре­вую турбину», которая к тому же «не имеет движущихся частей», на «вихревую трубу» и убрать слова о «компо­нентах» (компоненты воздуха - это совсем другое), то все будет правильно. Вихревая труба действительно разделяет подаваемый в нее газ на два потока - нагретый и охла­жденный; она действительно имеет не только большое бу­дущее, но уже давно широко используется в технике . Все это так. Однако никакой «энергетической инверсии», а следовательно, и ррш-2, с ее помощью создать нельзя.

Разберемся, в чем тут дело. На рис. 5.15 пока­заны схема работы вихре­вой трубы и ее внутреннее устройство.

Поток сжатого газа (на­пример, воздуха) подводится к сопловому вводу, рас­положенному касательно к стенке трубы. В трубе газ закручивается в спирально движущийся поток. Внеш­няя часть 3 этого потока, вы­пускаемая через кольцевую щель, оказывается нагретой, а внутренняя часть 2, вы­ходящая через отверстие в диафрагме, - охлажденной. Меняя положение конуса 5, можно изменять расходы и температуры горячего и хо­лодного потоков. Однако во всех случаях температура по­тока Т2 меньше, чем входящего Ть а горячего Тз - больше. Разности температур Т - Т2 = ДТх и Тз - Т = АТг могут составлять десятки градусов. Это парадоксаль­ное, но вполне объяснимое явление возникает в результате сложных газодинамических явлений, которые мы здесь раз­бирать не можем1. Для нас важен конечный результат - возникновение в трубе разности температур без какого-

^ни рассмотрены в соответствующей литературе, например в .

Либо специального нагрева или охлаждения. Можно ли использовать эту разность, чтобы получить работу? Не­сомненно, да. Работу можно получить. Но нужно ли ее получать таким способом? Имеет ли такое преобразование смысл?

Увы, нет. В этом легко убедиться, посмотрев на схему включения вихревой трубы на рис. 5.16. Ведь для того, чтобы она действовала, нужно подать в нее сжатый газ, а чтобы сжать его, нужен компрессор, а чтобы компрессор работал, нужно подвести к нему работу L" от двигателя. Так вот, если сравнить эту затраченную работу L! с эксер- гией, работоспособностью горячего и холодного Е2 по­токов газа, та она будет значительно больше: L! Е2 + Е^. Разность L" - (Е2 + £3) даст потерю D эксергии в этом процессе. Оказывается, что она в самом лучшем случае со­ставляет 88-90% подведенной работы. Другими словами, КПД всей системы составит не более 12%.

Ясно, что ника­кой «инверсии энер­гии» здесь нет; на­против, как и во вся­ком реальном техниче­ском устройстве, экс­ергия теряется (а эн­тропия растет). Можно, конечно, и здесь по­лучать электроэнергию L", но при этом неиз­бежно получится тот же плачевный результат, что и с дру­гими «концентраторами энергии», например тепловым на­сосом: L" по отношению к L" составит 10-12%. Кстати, автор и той, и другой идеи - одно и то же лицо.

Интересно отметить, что мысль о том, что вихревая труба - жилище демона Максвелла и что ее действие на­рушает второй закон, приходила в голову многим. Харак­терна в этом отношении статья М. Силвермэна, помещен­ная в 1982 г. в журнале Европейского физического обще­ства под интригующим названием «Вихревая труба: нару­шение второго закона?» . Подробно разобрав вопрос на пяти страницах, автор с грустью все же приходит к вы­воду, что второй закон термодинамики в вихревой трубе не нарушается.

Другой, не менее любопытный вариант «самопроизволь-
ного» получения разности температур привел известный советский кристаллограф академик (тогда еще профессор) А. В. Шубников в статье «Парадоксы физики» . Ав­тор ставит вопрос: можно ли нагреть стоградусным паром жидкость выше 100°? Дальше он пишет: «Этот вопрос был предложен 25 лет назад профессором физической хи­мии Крапивиным выпускникам Московского университета, к которым принадлежал и автор настоящей заметки. С тех пор мне много раз приходилось задавать этот вопрос ря­довым физикам и химикам и не было случая, когда я по­лучил бы правильный ответ. Один из видных химиков так обиделся на мой вопрос, что не пожелал даже продолжать разговор на эту тему, объявив, что сама постановка вопроса может свидетельствовать только о моем глубочайшем не­вежестве в физике; надо думать, что он причислил меня к сумасшедшим изобретателям перпетуум мобиле. Дело кон­чилось тем, что мне пришлось обманом завлечь умного хи­мика в лабораторию, где заранее был приготовлен опыт, показывающий, что стоградусным паром можно нагреть жидкость до 110 °С и много выше. Опыт делается очень просто».

Далее описана установка для опыта. В колбу Вюрца (рис. 5.17, а) наливается вода; в горлышко колбы вставля­ется пробка с термометром, причем шарик термометра, как полагается, помещается возле боковой пароотводной трубки колбы; свободный конец этой трубки погружается в насыщенный раствор поваренной соли, в который поме­щен второй термометр. При нагревании воды в колбе до кипения ртуть термометра в колбе, поднявшись до метки 100 °С, будет оставаться в этом положении, пока кипит вода; ртуть же второго термометра будет подниматься до тех пор, пока раствор соли тоже закипит. Температура ки­пения насыщенного раствора соли равна примерно 110 °С. Эту температуру и покажет второй термометр. Для боль­шей убедительности опыта можно поменять термометры местами; все равно термометр покажет, что раствор соли имеет температуру 110°С! Следовательно, водяной пар, имеющий температуру 100 °С, нагрел рассол до 110 °С. Как же быть со вторым законом термодинамики?

Опыт действительно интересный, и в его результатах не­обходимо разобраться. Сделать это нужно с особой тща­тельностью, поскольку, как мы уже видели, любая самая маленькая неточность может привести к большим ошиб­кам, в том числе к очередному «перпетомобилю».

Начнем поэтому, как всегда в таких случаях, с терми­нов. Отметим, прежде чем разбирать вопрос по существу, одну небольшую, но очень существенную неточность в са­мом названии опыта. Строго говоря, в опыте производится не «нагрев стоградусным паром жидкости до 110 °С и вы­ше», а нечто более сложное.

Чтобы наглядно показать это, представим опыт в та­ком виде, чтобы он точно соответствовал названию. То­гда колба с нагреваемой жидкостью выглядела бы немного иначе - так, как показано на рис. 5.17, б. Греющий пар нужно было бы пропустить по змеевику, не смешивая с со­леной водой в стакане, а только нагревая ее через стенку трубки. Вот тогда был бы действительно «нагрев стогра­дусным паром» жидкости в стакане. И если бы в этих условиях жидкость - соленая вода - нагрелась до 110 °С, то второму началу тут же пришел бы конец к радости всех изобретателей вечного двигателя второго рода. Но, увы, этого не произойдет; при таком устройстве прибора лю­бая жидкость, в том числе и соленая вода, никогда не нагреется выше температуры пара - 100 °С. Любой же­лающий может легко это проверить. Выходит, что тот «химик-скептик», которого Шубников обманом затащил в лабораторию, был абсолютно прав, в своем возмущении: «нагреть» (в точном смысле этого слова) «стоградусным паром» рассол до 110 °С действительно нельзя.

Теперь мы можем вернуться к «опыту Крапивина» и рассмотреть его точно в том виде, как он описан в за - метке. Здесь происходит не просто нагрев, а смешение во­дяного пара с соленой водой. В этом, как уже, наверное, догадывается читатель, вся «соль» вопроса и содержится. Пузырьки пара, как совершенно правильно в дальнейшем объяснит А. В. Шубников, конденсируются в растворе соли, все время разбавляя его. При этом лежащая на дне сосуда соль постепенно переходит в раствор, поддерживая его в состоянии, близком к насыщению. Эти два процесса рас­творения - пузырьков пара в рассоле и соли в нем - и приводят к нагреванию рассола до температуры, суще­ственно более высокой, чем 100 °С.

Тепловой эффект, возникающий при взаимном раство­рении газов, жидкостей и твердых тел, хорошо известен. Он может сопровождаться, зависимости от знака теплоты растворения, как охлаждением (например, при смешении льда и соли), так и нагреванием (например, при смешении этилового спирта и воды).

Разогрев рассола в «опыте Крапивина» до температуры выше 100 °С не имеет никакого отношения к «передаче теплоты наоборот» - от более холодного тела к теплому и, следовательно, к нарушению второго начала. Здесь теплота вообще не передается.

Все дело в теплоте растворения, дающей добавочный эффект разогрева, который определяется двумя составля­ющими. Первая из них и основная - это теплота раство­рения пара в насыщенном растворе соли, приводящая к нагреву образующегося раствора. Вторая - теплота рас­творения твердой соли в рассоле, имеющая противополож­ный знак и ведущая к охлаждению раствора. Но поскольку первая величина намного больше, в итоге и получается зна­чительный разогрев раствора. Как в любом процессе сме­шения, энтропия при этом возрастает.

«Эффект Крапивина», так же как и любая экзотерми­ческая (т. е. проходящая с выделением теплоты) реакция, представляет собой явление, никоим образом не противо­речащее второму закону термодинамики1. Создать на его базе ррт-2 никак нельзя.

Существует еще много явлений, которые в очередной раз вселяют в сердца «энергоинверсионщиков» надежды на «обход» второго закона, но каждый раз научный анализ беспощадно их разбивает.

Интересно сопоставить его с «соляным двигателем», показанным на рис. 1.27, б.

В заключение нельзя не упомянуть еще об одном напра­влении в разработке псевдо-ррш - создании специальных игрушек или моделей, имитирующих вечные двигатели. Их авторы прекрасно понимают, что ррш создать нельзя, но они пользуются всеми возможностями современной тех­ники, вплоть до использования микропроцессоров, чтобы сделать такую модель ррш, в которой секрет ее привода был бы спрятан возможно лучше.

Устройство некоторых из таких игрушек подробно описывается в литературе. Примером может служить модель магнитного ррш-1 с шариком, скатывающимся по желобу и снова притя­гиваемым магнитом, описан­ного в гл.1 (см. рис. 1.18). Все там продумано и спря­тано настолько искусно, что создается полная иллюзия работающего вечного двига­теля . Однако ре­корд в создании действую­щей модели ррш поставил один англичанин, сделавший ее на основе велосипедного колеса (опять велосипедное колесо!).

Каждый год Британская ассоциация содействия раз­витию науки собирает свой съезд. В 1981 г. такой съезд, посвященный 150-летию этой организации, состоялся в го­роде Йорке. На нем по традиции была организована вы­ставка. Несмотря на обилие разнообразных научных экс­понатов, наибольшее внимание привлек действующий веч­ный двигатель, представленный редакцией журнала «New Scientist». Машина, сооруженная на базе велосипедного колеса без камеры и покрышки, заключена в герметически закрытый стеклянный ящик. Колесо крутится с постоянной скоростью - 14 об/мин безостановочно, без всякого шума. Фотография этого двигателя представлена на рис. 5.18.

Всем желающим было предложено отгадать секрет дви­жения колеса. Была установлена и премия: годовая бес­
платная подписка на журнал плюс фирменная рубашка с эмблемой.

За время конгресса (а он длился месяц) редакция по­лучила 119 ответов; ни один из них не был правильным. Самое интересное, что 16 человек сочли двигатель насто­ящим ррт и соответственно объяснили его работу! Ко­гда изобретатель модели говорил им, что его колесо вовсе не вечный двигатель, они отходили очень разочарованные. «Он специально обманывает нас, чтобы скрыть свой се­крет» - сказал один из них.

Нашелся даже один отчаянный студент, который ухи­трился украсть двигатель, покопался в нем и с позором вернул обратно, так и не поняв, в чем дело; двигатель про­должал работать.

Изобретатель этой машины, химик из Ньюкасла Дэвид Джоунс, на вопросы корреспондентов ответил: «Единствен­ное, что отличает мою машину от других вечных двигате­лей, - это то, что в ней спрятан источник энергии. Я использовал всем известные принципы, но так, как до сих пор не приходило в голову ни одному разумному человеку; даже присниться не могло».

На этом интервью закончилось, и от дальнейших объ­яснений изобретатель категорически отказался. Так тайна и осталась нераскрытой.

На этом, самом загадочном из всех ррт и единственном, который работает, мы закончим рассмотрение вечных дви­гателей - «настоящих» и ложных.

В заключение осталось коротко коснуться еще одного, последнего вопроса - в какой связи находятся поиски ррт с настоящей энергетикой и смогут ли они дать что-либо по­лезное для нее, если не сейчас, то хотя бы в перспективе?

Представьте себе, что ваш мобильный телефон никогда не разряжается, автомобилисты не знают слова «заправка», а искусственные органы работают дольше настоящих. Сегодня даже дети знают, что за все нужно платить, а в школе учат, что ничто не возникает из ничего. Впрочем, несколько сотен лет назад ученые утверждали, что пассажиры поездов непременно умрут от удушья в разреженном воздухе, а при виде автомобилей у коров случаются выкидыши. Времена меняются. Что такое вечность? Время существования Вселенной? Энергии в ней хоть отбавляй. Неужели нельзя построить двигатель, использующий скрытые резервы мироздания, с гарантийным сроком «до следующего Большого взрыва?»

Недостижимая мечта любого инженера. Философский камень механики. Инструмент ловких мошенников и атрибут множества фантастических произведений. Знакомьтесь: вечный двигатель.

Невозможное возможно

Вечное движение возможно. По крайней мере, оно не противоречит квантовой механике и первому закону Ньютона (материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока внешние воздействия не изменят этого состояния). Не так давно астрономы университета Миннесоты обнаружили в космосе «великое ничто» - пустое пространство протяженностью около миллиарда световых лет. Если представить себе, что в нем отсутствуют всякие взаимодействия, то камень, брошенный там, двигался бы с постоянной скоростью вплоть до смерти Вселенной. То есть фактически вечно.

Однако когда речь заходит о вечном двигателе, обычно имеется в виду система, вырабатывающая больше энергии, чем потребляющая (теряющая ее на трении, сопротивлении воздуха и т. п.), благодаря чему ее можно использовать для каких-либо бытовых нужд. До изобретения паровых или электрических приводов единственным универсальным и мобильным источником энергии были мускулы. Пружинные и маятниковые механизмы годились лишь для приложения малой силы в течении длительного времени (часы). Самыми мощными стационарными двигателями были водяные и ветряные мельницы.

Это сильно ограничивало механиков. Например, в средние века не составляло труда соорудить потолочный вентилятор или эскалатор, но кто бы смог безостановочно крутить их сутки напролет? Вполне логично, что люди мечтали о «халявном» источнике энергии. Их фантазия была ограничена технологиями того времени, поэтому по нынешним меркам вечные двигатели древности выглядели трогательно и примитивно.

Четыре повода для заблуждений

Первый, самый простой вид вечного двигателя основан на неких магических эффектах. К примеру, в романах Уэллса упоминается чудо-материал «каворит» с сильными антигравитационными свойствами. Если изготовить колесо, половина которого сделана из каворита, оно будет крутиться с постоянным ускорением. В мирах фэнтези вечный двигатель не востребован, ведь вместо конструирования громоздкого механизма всегда можно сотворить перманентное заклинание (уборка помещения в диснеевском «Ученике волшебника», либо горшочек, варящий бесконечное количество каши в сказке Андерсена).

Вечный двигатель второго вида - «невозможный механизм » - действует с заведомым нарушением законов природы и имеет чисто умозрительный характер. Хорошим примером такой парадоксальной конструкции служит водяная мельница нидерландского художника Мориса Эшера (1898-1972).

К третьему - «субъективному » виду вечного двигателя относится агрегат, работающий настолько долго, что для практического опровержения его «вечности» не хватит даже нескольких человеческих жизней. Источником энергии здесь обычно служат какие-либо «вечные» природные явления.

Например, часы «Атмос » швейцарской фирмы Jaeger-LeCoultre работают от суточных колебаний температуры воздуха. Они заполнены этилхлоридом, который расширяется при нагреве и заводит пружину. Для минимизации трения крутильный маятник совершает лишь 1 оборот в минуту (в 150 раз медленнее, чем у обычных часов). Перепада в 1 градус достаточно, чтобы часы шли два дня. Теоретически, эти часы могут пережить не одного владельца. Но на практике гарантийный срок обслуживания разных моделей «Атмоса» составляет 20-30 лет.

Тик-так В университете Отаго (г. Данидин, Новая Зеландия) находятся механические часы, построенные Артуром Беверли в 1864 году. Они заводятся от перепадов атмосферного давления и суточных температур. Часы работают уже 143 года. Этот эксперимент считается самым длительным в мире, однако термин «субъективный вечный двигатель» здесь неприменим. Их останавливали несколько раз для чистки, устранения поломок, а также в тех редчайших случаях, когда среднесуточная температура и давление были стабильны. Самыми старыми в мире работающими часами считаются куранты собора в Солсбери (Великобритания), установленные примерно в 1386 году.

Следующий вид устройств, которые можно принять за вечный двигатель, - преднамеренно усложненные механизмы длительного действия, выполняющие какую-либо примитивную задачу. Обывателю трудно понять цель и принципы их работы.

Столкнувшись с таким «вечным двигателем», можно на 99% быть уверенным, что его «изобретатель» - жулик . Чрезмерные усложнения конструкции нужны лишь для того, чтобы запутать наблюдателя и скрыть реальный источник движения (обычно - мощная пружина, спрятанная в пустотелой оси какой-либо шестеренки).

Подозрительные типы

Физики классифицируют вечные двигатели на два типа.

Любая машина, получившая энергию, производит эквивалентную ей работу и (или) тепло. Если работы или тепла больше, чем энергии, мы имеем дело с вечным двигателем первого типа - самым популярным среди изобретателей. Представим, что какой-то мрачный гений поставил несбалансированное колесо на чудо-подшипник. Достаточно один раз толкнуть его - и оно должно крутиться, ускоряясь до тех пор, пока не разлетится на части. Это называется «нарушением закона сохранения энергии».

Двигатель второго типа полностью преобразует окружающее тепло в работу, игнорируя второе начало термодинамики. Сегодня высказываются предположения о том, что создание некоего подобия такого устройства все же возможно, если речь идет о преобразовании не просто тепла, а темной энергии или темной материи, из которой создана наибольшая часть нашей Вселенной.

Вечная история

Первый вечный двигатель был придуман почти 9 веков назад. Индийский математик и астроном Бхаскара II предложил крепить к колесу сосуды с ртутью, изогнутые таким образом, чтобы во время вращения она перетекала из одного конца емкости в другой. По его замыслу колесо крутилось бы постоянно. Вероятнее всего, для ученого это был лишь символ вечного круговорота бытия (сансары, «протекания»).

Бхаскара вряд ли считал свою философскую модель вечным двигателем, однако арабские и европейские исследователи отнеслись к этому вопросу абсолютно серьезно. Несбалансированное колесо стало классикой «вечного двигателестроения». В 13 веке французский архитектор Виллар де Оннекур воспользовался той же схемой, заменив ртуть молоточками. На практике такое колесо найдет точку равновесия и остановится, не сделав даже полного оборота.

Леонардо да Винчи заинтересовался идеей вечного двигателя, создал несколько чертежей... и объявил о том, что ни один такой аппарат работать не будет. Он критиковал все попытки изобретателей создать очередное «волшебное колесо», однако мысль о принципиальной невозможности вечного двигателя стала аксиомой лишь двести лет спустя - когда в 1775 году Парижская академия наук перестала принимать патентные заявки на подобные устройства. Вместе с тем Леонардо оставил чертежи водяной мельницы, вращаемой поднимаемой ею же водой, не снабдив их критическими комментариями. Считал ли он возможным вечный двигатель на воде - неизвестно.

О, исследователи вечного движения, сколько суетных планов создали вы при подобных исканиях! Станьте лучше алхимиками!

Леонардо да Винчи

Увлечение несбалансированными колесами уступило место моде на замкнутые схемы «устройство А вращает устройство Б, которое двигает устройство А». Философ, астролог и алхимик Марк Антоний Зимара (1460-1523), незнакомый с водяной мельницей да Винчи, описал ветряную мельницу, на которую дули огромные меха, приводимые в движение вращением этой самой ветряной мельницы.

В 1610 году нидерландский изобретатель Корнелиус Дреббел построил первые механические часы с автоподзаводом от перепадов атмосферного давления. Машина, представлявшая собой золотой глобус и показывавшая не только часы, но и даты с временами года, по меркам того времени казалась настоящим «вечным двигателем». За Дреббелом закрепилась слава мага и алхимика.

Трудно сказать, насколько качественно она была исполнена (к примеру, часы Atmos разрабатывались лучшими швейцарским инженерами в течение нескольких десятков лет). Но, учитывая, что Дреббел был невероятно талантлив (построил микроскоп с двумя линзами, подводную лодку для английского флота, изобрел инкубатор для цыплят с термостатом, автоматически регулирующим температуру, а также пытался создать воздушный кондиционер), разумно предположить, что его часы могли работать без поломок многие месяцы, если не годы.

Алхимики создали современную химию, а конструкторы вечных двигателей - двигатели обычные. В 1662 году Эдвард Сомерсет, маркиз Ворчестерский (знатный теоретик в области вечного движения) решил установить на башне замка Раглан в Уэльсе первую в мире паровую машину собственного изобретения, поднимавшую туда воду по трубам. К сожалению, с деньгами у него было туго, а инвесторы не рискнули вкладываться в столь фантастический проект.

Конец вечности

Последний, самый яркий период классического вечного двигателестроения пришелся на середину 18 века, а именно - на жизнь Иоганна Эрнста Элиаса Бесслера (1680-1745), придумавшего себе псевдоним Orffyreus (криптограмма Bessler)

Это был очень странный человек - хвастливый, надоедливый, занудный, с дурным характером и замашками параноика. По дошедшим до нас свидетельствам, он работал часовщиком. В 1712 Бесслер заявил, что овладел секретом вечного движения. Вначале он попытался показать безостановочное колесо с небольшим грузом жителям маленького немецкого городка Гера, но провинциалов это зрелище не впечатлило.

Бесслер стал разъезжать по стране, публиковать научные трактаты и строить более крупные модели своего двигателя. По каким-то причинам он не хотел делать компактные модели, а конструировал деревянные колеса диаметром около 4 метров. Его кипучая деятельность привлекла интерес ученых. Демонстрационные образцы мега-колес тщательно исследовались, но никаких признаков шарлатанства не обнаружилось.

Было решено провести полномасштабный эксперимент. 12 ноября 1717 года в присутствии представителей власти одно из вращающихся колес диаметром 3,5 метра было размещено в комнате замка Вайсенштайн, а все окна и двери наглухо заперты. Две недели спустя комнату открыли. Колесо все еще крутилось. Тогда помещение было запечатано вплоть до 4 января 1718 года. Год спустя люди вошли в комнату и увидели, что колесо продолжает вращаться с той же самой частотой.

Это было уже интересно. Лондонское королевское общество захотело купить изобретение. Бесслер с ходу запросил двадцать тысяч фунтов (гигантские по тем временам деньги). Колесо решили проверить еще раз, но Бесслер внезапно впал в ярость и разломал свое творение - якобы для того, чтобы другие ученые не смогли украсть его идеи.

Изобретатель продолжил путешествия по стране, демонстрируя различные модели колес: вращающиеся только в одну сторону и останавливаемые лишь с очень большим усилием, а также вращающиеся в любую сторону и останавливаемые без всякого труда. В 1727 году служанка Бесслера заявила, что его механизмы приводились в движение человеком из другой комнаты. Проверить эти показания так и не удалось, но репутация инженера была навсегда подорвана. Бесслер умер, свалившись с сооружаемой им ветряной мельницы. Он оставил после себя непонятные шифрованные заметки и вынудил потомков гадать - был ли он безумцем, эксцентричным гением или гениальным фокусником?

Да будет свет

Айзек Азимов не одобрял идею получения энергии из ничего. Он считал, что человечество будет развиваться, «сжигая» звезды. Вечно это длиться не может, однако писатель вышел из положения с присущей ему элегантностью: в рассказе «Последний вопрос» два пьяных техника задали суперкомпьютеру вопрос о том, как можно обратить энтропию вспять и продлить жизнь Вселенной (получив, таким образом, бесконечную энергию). Суперкомпьютер думал триллионы лет, постоянно эволюционируя, а в конце света, после тепловой смерти Вселенной, нашел ответ и сказал: «Да будет свет». Это можно понять следующим образом: энергия вечна, только вечно использовать ее нельзя. Рано или поздно все придется начинать с начала. Увидев клона своего детища в действии, Чарльз запаниковал и бежал в Нью-Йорк, где его разоблачил знаменитый изобретатель Роберт Фултон. Последний заметил, что машина работает прерывисто и нашел ременной привод, ведущий от нее в соседнюю комнату с человеком, крутящим рычаг. Еще один американец - Джон Кили (1827-1898) - заявил, что энергию можно извлекать из эфира за счет вибраций камертона. Его обвиняли в мошенничестве и даже в колдовстве, но ловкач умудрился 27 лет дурачить инвесторов, выманивая у них деньги на построение промышленного образца двигателя. Лишь после того, как Кили угодил под трамвай, выяснилось, что его макеты работали на сжатом воздухе. Мошенник нарушил много законов - но только не термодинамики. На протяжении 19 и 20 веков подобные аппараты продолжали кормить своих «изобретателей» и работников желтой прессы - с той лишь разницей, что термины «космические флюиды» и «всепроникающий эфир» сменились на «холодный термояд» или «альтернативная физика». Иногда это заканчивалось не просто плохо, а очень плохо - например, в 1966 году американский венгр Джозеф Папп (самообъявленный создатель реактивной субмарины) испытал двигатель, работавший на смеси инертных газов. Взрыв унес жизнь одного человека и покалечил двоих. Но далеко не все такие случаи имели криминальный характер. Вполне серьезный ученый Томас Генри Морей (1892-1974) неоднократно демонстрировал всем желающим работу прибора, собиравшего «лучистую энергию из вакуума» и преобразовывавшего ее в электричество. Машина работала несколько дней подряд. Эксперты изучали ее вдоль и поперек, но никто не мог найти источника энергии. Промышленники захотели купить ее, Морей отказался, и единственный рабочий экземпляр был уничтожен. Позднее ученый жаловался, что в него несколько раз стреляли, его семье угрожали, а лаборатории периодически громились. Секрет устройства, собиравшего космическую энергию (в чем бы он ни заключался), изобретатель унес с собой в могилу. Грань между гениальностью и помешательством провести очень сложно. Другой физик - болгарин Стефан Маринов заявил, что посетил коммуну христианской секты «Метернита» (Линден, Швейцария), члены которой получили «вдохновение свыше» и построили генератор бесконечной электрической энергии под названием «Тестатика». Он работает уже много лет, перекрывая энергетические потребности всей общины. Вскоре после этого откровения Маринов спрыгнул с лестницы в библиотеке университета Граца. Любители теорий заговора часто вспоминают о Стэнли Мейере , попавшем под суд за попытки продать двигатель, работавший на воде. Если верить махинатору, слабые электрические импульсы особой частоты разлагают воду на водород и кислород, которые потом используются вместо паров бензина, а мощности автомобильного генератора достаточно для продолжения разложения воды. Сколотив на этой афере кое-какое состояние, Стэнли внезапно умер в ресторане в 1998 году. Знающие люди не сомневаются, что его отравили нефтяные магнаты и правительственные агенты.

* * *

Ничто не вечно, даже двигатели. Благородные безумцы древнего мира проектировали устройства, принципов действия которых они не понимали, и убеждали себя в том, что их машины будут работать вечно. Им на смену пришли ловкачи, проявлявшие чудеса изобретательности лишь в области сокрытия реальных источников энергии их двигателей. Сегодняшние непризнанные гении стремятся быть «ближе к народу», предлагая самый ходовой ресурс - бесконечное количество электроэнергии. А пока они доводят свои генераторы до ума, вы можете за несколько долларов купить на их сайте видеоролик, показывающий тестовую модель в работе. Раньше это было дешевле - посмотреть на колесо, крутящееся в амбаре, стоило лишь пару медных монет.

Наибольшая часть искренних попыток изобрести вечный двигатель приходится на людей без особых познаний в физике, но обладающих «золотыми руками» и страдающих от «творческого зуда». Интересно, что около трети из них - пенсионеры. В подавляющем большинстве случаев их проекты основаны на идеях вековой давности, причем авторы не ограничиваются одним «изобретением». Озарение приходит к ним чуть ли не каждый день, поэтому революционные чертежи поступают в патентное бюро не единицами, а килограммами.

В каком-то смысле вечный двигатель действительно существует в виде его вечных поисков, и он работает по замкнутому циклу: то, на чем обожглись средневековые естествоиспытатели, сегодня вновь красуется на испытательных стендах. Но, может быть, это и к лучшему, ведь однажды именно так был придуман паровой насос, а Архимед перед тем, как крикнуть «Эврика!», собирался всего лишь помыться.