Возможно ли создание вечного двигателя? Какая сила будет при этом работать? Возможно ли вообще создание источника энергии, который бы не использовал обычные энергоносители? Эти вопросы были актуальны во все времена.

Что такое вечный двигатель?

Прежде чем мы перейдем к обсуждению вопроса о том, как сделать вечный двигатель своими руками, надо сначала определить, что означает этот термин. Итак, что такое вечный двигатель, и почему никому до сих пор это чудо техники сделать не удалось?

На протяжении тысяч лет человек пытался изобрести вечный двигатель. Это должен быть механизм, который использовал бы энергию, не задействуя обычные энергоносители. При этом они должны вырабатывать энергии больше, чем потреблять. Иными словами, это должны быть такие энергетические устройства, у которых КПД больше 100%.

Виды вечных двигателей

Все вечные двигатели условно делятся на две группы: физические и естественные. Первые - это механические устройства, вторые - приборы, которые проектируются на основе небесной механики.

Требования к вечным двигателям

Так как такие устройства должны работать постоянно, то и требования к ним должны предъявляться особые:

• полное сохранение движения;
• идеальная прочность деталей;
• обладание исключительной износостойкостью.

Вечный двигатель с научной точки зрения

Что говорит по этому поводу наука? Она не отрицает возможность создания такого двигателя, который будет работать на принципе использования энергии совокупного гравитационного поля. Она же - энергия вакуума или эфира. В чем должен заключаться принцип работы такого двигателя? В том, что это должна быть машина, в которой непрерывно действует сила, вызывающая движение без участия внешнего влияния.

Гравитационный вечный двигатель

Вся наша Вселенная равномерно заполнена звездными скоплениями, именуемыми галактиками. Они находятся при этом во взаимном силовом равновесии, которое стремится к покою. Если понизить плотность какого-нибудь участка звездного пространства, уменьшив количество вещества, которое в ней содержится, то вся Вселенная обязательно придет в движение, стараясь выровнять среднюю плотность до уровня остальной. В разреженную полость устремятся массы, выравнивая плотность системы.

При увеличении количества вещества будет иметь место разлет масс из рассматриваемой области. Но когда-нибудь общая плотность все равно будет одинакова. И не суть важно, понизится плотность данной области или повысится, важно, что тела придут в движение, сравняв среднюю плотность до уровня плотности остальной Вселенной.

Если же на микродолю замедлится динамика разлета наблюдаемой части Вселенной, а энергию от этого процесса использовать, мы и получим нужный эффект бесплатного вечного источника энергии. А двигатель, запитанный от него, станет вечным, так как нельзя будет зафиксировать потребления самой энергии, пользуясь физическими концепциями. Внутрисистемный наблюдатель не сможет уловить логическую связь между разлетами части Вселенной и потреблением энергии конкретным двигателем.

Очевидней будет картина для наблюдателя извне: наличие источника энергии, измененная динамикой область и само потребление энергии конкретным устройством. Но это все иллюзорно и нематериально. Попробуем построить вечный двигатель своими руками.

Магнитно-гравитационный вечный двигатель

Магнитный вечный двигатель своими руками можно сделать на основании современного постоянного магнита. Принцип работы заключается в попеременном перемещении вокруг основного статорного магнита вспомогательных, а также грузов. При этом магниты взаимодействуют силовыми полями, а грузы то приближаются к оси вращения мотора в зоне действия одного полюса, то отталкиваются в зоне действия другого полюса от центра вращения.

Двигатели второго рода - машины, уменьшающие тепловую энергию резервуара и полностью превращающие ее в работу без изменений в окружающей среде. Их применение нарушило бы второе начало термодинамики.

Хотя за прошедшие века были изобретены тысячи всевозможных вариантов рассматриваемого прибора, остается вопрос о том, как сделать вечный двигатель. И все же надо понимать, что такой механизм должен полностью находится в изоляции от внешней энергии. И еще. Всякая вечная работа любой конструкции осуществляется при направлении этой работы в одну сторону.

Это позволяет избежать затрат на возвращение в исходное положение. И последнее. Ничего вечного на этом свете не бывает. И все эти так называемые вечные двигатели, работающие и на энергии земного притяжения, и на энергиях воды и воздуха, и на энергии постоянных магнитов, не будут функционировать постоянно. Всему приходит конец.

Давно установлено, что изобретение вечного двигателя невозможно. В широком смысле, под вечным двигателем подразумевают механизм, безостановочно движущий сам себя. Но это далеко не достаточное определение. Благодаря многовековым бесплодным попыткам создания чудо-машины сегодня можно определить точно само понятие «вечного двигателя» и причины его неосуществимости. Более того, такие попытки оставили значительный след в истории и подтвердили существование важнейших законов физики. Каких, рассмотрим и проанализируем ниже.

Определение и классификация вечных двигателей

Итак, вечный двигатель, как уже известно - устройство воображаемое. По характеру совершаемой работы можно классифицировать следующим образом:

1. Вечный двигатель первого рода (физический \ механический, гидравлический, магнитный) - непрерывно действующая машина, которая, будучи запущенной один раз, совершает работу без получения энергии извне. Это устройства механического характера, принцип действия которых основывается на использовании некоторых физических явлений, например, на действии силы тяжести, законе Архимеда, капиллярных явлениях в жидкостях.
2. Вечный двигатель второго рода (естественный) - тепловая машина, которая в результате совершения цикла полностью преобразует тепло, получаемое от какого- либо одного «неисчерпаемого» источника (океана, атмосферы и т. п.), в работу. Связываются с циклически повторяющимися природными явлениями или с принципами небесной механики.

Такая классификация является распространенной и встречается в старой научной литературе. У более поздних исследователей существует еще одно определение. Оно исходит из представления об идеальной машине, работающей без потерь и превращающей всю сообщенную энергию в полезную работу или в какой-либо другой вид энергии.

К этим определениям ученые разных времен шли долгим путем. Они подвергали их обстоятельному анализу и были единодушны далеко не всегда. Проблема заключалась в том, можно ли считать вечным двигателем только ту машину, которая, будучи собрана полностью, немедленно начнет работать сама по тебе, или допустимо сообщить устройству начальный двигательный импульс. Спор велся и о том, относится ли к основным признакам вечного двигателя условие, чтобы он, будучи приведен в движение, одновременно совершал некоторую полезную работу.

Причины возникновения идеи создания

Первое упоминание о вечном двигателе относится к 1150 г. Но означает ли это, что античные механики не интересовались вечным движением? Наоборот, это являлось одной из тех традиционных проблем, которым в связи с исследованием физических явлений наука уделяла много внимания. Но при исследовании условий, определяющих круговое движение тел, греки пришли к выводам, теоретически исключающим всякую возможность существования на Земле искусственно созданного вечного движения. Например, Аристотель утверждал, что движение тел ускоряется по направлению к ее центру. О телах с действительно круговым движением он пишет: «Они не могут быть ни тяжелыми, ни легкими, так как не способны приближаться к центру или удаляться от него естественным или вынужденным образом». Такому условию удовлетворяют только небесные тела.

Но родоначальником идеи вечного двигателя считают индийского поэта, математика и астронома Бхаскара Ачарью (1114-1185), описавшего в своем стихотворении некое вечно двигающееся колесо. Заметим, что за основу взято тело круглой формы. Согласно древнеиндийской философии, регулярно повторяющиеся события, составляющие круговой цикл, являются для него символом вечности и совершенства. То есть прародители идеи вечного движения были мотивированы не практическими, а религиозными потребностями. Своего апогея идея вечного двигателя достигает в средние века в Европе, в период интенсивного строительства храмов, кафедральных соборов и княжеских дворцов, и тогда уже создателей, конечно, интересует практическое применение машины.

Некоторые модели вечных двигателей первого рода

Колесо с неуравновешенными грузами

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Вот модель вечного двигателя Бхаскары (Рис. №1) с прикрепленными наискось по внутренней стороне окружности длинными узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Бхаскара обосновывает вращение колеса следующим образом: «Наполненное так жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».

Еще две модели, аналогичные по принципу действия, изобретенные в средневековой Европе. Роль сосудов, частично наполненных ртутью, играют выпукло­вогнутые секторы внутри колеса, внутри которых находятся тяжелые шары (Рис. №2) или подвижно закрепленные на внешней части колеса стержни с грузами на концах (Рис. №3).

Принцип действия данных двигателей заключается в создании постоянного неравновесия сил тяжести на колесе, вследствие которого колесо должно вращаться. Рассмотрим, почему этот расчет не оправдывается на примере обычного колеса. Здесь предполагается, что работу совершает сила тяжести, то есть в нормальных условиях (при небольших расстояниях и вблизи поверхности Земли) она постоянна и направлена всегда в одну и ту же сторону.

Рисунок 4

F T - вес груза, F P - сила, с которой рычаг воздействует на шарнир (компенсируется силой реакции опоры), F B - поворачивающая сила, R - расстояние от шарнира (оси поворота) до траектории центра масс груза.

Когда рычаг стоит строго вертикально вверх, вес груза передается на шарнир и компенсируется реакцией опоры. Сила направлена по нормали к окружности, тангенциальная составляющая

отсутствует, значит, момент сил равен нулю. Это положение называется верхней мёртвой точкой (ВМТ). Если рычаг отклоняется, реакция опоры уже не компенсирует вес, появляется тангенциальная составляющая силы, а нормальная начинает уменьшаться. Так будет продолжаться только до тех пор, пока рычаг не примет горизонтальное положение. Когда момент сил достигнет максимального значения, рычаг снова начнет действовать на груз, нормальная сила поменяет свой знак относительно рычага. Тангенциальная сила начнёт уменьшаться, до момента, когда рычаг не окажется в положении вертикально вниз (нижняя мёртвая точка (НМТ)).

Таким образом, как видно из Рис. №4, половину рабочего цикла груз ускоряется, двигаясь из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ), и половину - замедляется. Сделав несколько оборотов, колесо с неуравновешенными грузами достигнет состояния равновесия.

Цепь на наклонной плоскости

Рисунок 5

Еще один тип механических вечных двигателей - тяжелая цепь, переброшенная более длинной стороной через систему блоков. Теоретически предполагалось, что часть, на которой находится большее количество звеньев, начнет соскальзывать с наклонной плоскости, вследствие чего замкнутая цепь будет беспрерывно двигаться. Однако известно, что цепь будет покоиться. Этот тип двигателей интересен в первую очередь тем, что из невозможности его вечного движения инженер, механик и математик Симон Стевин (1548-1620) доказал закон равновесия тела на наклонной плоскости. Одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз большая грань (АВ на Рис.№5) призмы длиннее короткой (ВС на Рис.№5). Отсюда следует, что два связанных груза уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если их массы пропорциональны длинам этих плоскостей.

Похожий по принципу механизм (Рис. №6): тяжелая цепь перекинута через колеса так, что правая ее половина всегда длиннее левой. Следовательно, она должна падать вниз, приводя цепь во вращение. Но цепь в левой части натянута отвесно, а правая - под некоторым углом и изогнуто. Аналогично вечное движение и этого механизма невозможно.

Рисунок 6

Гидравлический вечный двигатель с винтом Архимеда

В подавляющем большинстве вечных гидравлических двигателей изобретатели пытались использовать известный со времен Древней Греции механизм - винт Архимеда - полую трубку со спиралевидной плоскостью внутри, предназначенную для подъема воды из сосуда в сосуд наибольшей высоты.

Рисунок 7

Жидкость из сосуда, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, оттуда другими фитилями еще выше, верхний сосуд имеет желоб для стока, которое падает на лопатки колеса, приводя его во вращение. Оказавшаяся в нижнем ярусе жидкость снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя, стекающая по желобу на колесо, не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении (Рис. №7).

Только колесо этой машины никогда не станет вращаться, поскольку в верхнем сосуде не окажется воды. Это произойдет потому, что капиллярные силы вызванные искривлением поверхности жидкости, хотя и позволяют преодолеть силу тяжести, поднимая жидкость в ткани фитиля, но они и удерживают ее в порах ткани, не позволяя ей вытечь из них.

Сосуд Денни Папена

Рисунок 8

Проект гидравлического вечного двигателя Денни Папена - сосуд, сужающийся в трубку и загнутый таким образом, что свободный конец трубки с меньшим радиусом расположен в пределах большого «горла» сосуда (Рис. №8). Автор предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, в более узкой части. Таким образом, должна была происходить циркуляция жидкости за счет разности давлений. На самом деле в данном случае работает основной закон гидростатики: давление, оказываемое на жидкость, передается без изменения по всем направлениям. Поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в сосуде, как в любых сообщающихся сосудах.

Ранее это двигателя были предложены похожие сосуды, иначе ориентированные в пространстве. В них за основу брался принцип действия сифона: в нем (в изогнутой трубке с коленами разной длины, по которой жидкость поступает из сосуда с более высоким в сосуд с более низким уровнем жидкости) работа, затрачиваемая на подъем жидкости, производится атмосферным давлением. В то же время, чтобы жидкость могла протекать через сифон, максимальная высота его изгиба не должна превосходить высоту столба жидкости, уравновешиваемого давлением внешнего воздуха. Для воды эта высота при нормальном барометрическом давлении составляет примерно 10 м. - этот факт не учитывался и приводил к неверным выводам о вечном движении такого двигателя.

Другие гидравлические двигатели

Рисунок 9

Среди множества проектов вечного двигателя было немало основанных на законе Архимеда. Один из таких проектов выглядит следующим образом: высокий сосуд (20 м), наполненный водой, имеет расположенные на одной грани в разных ее концах шкивы, через которые перекинут прочный бесконечный канат с четырнадцатью закрепленными полыми ящиками кубической формы. Ящики одинаковы, равноудалены, водонепроницаемы и имеют стороны в 1 м (Рис. №9).

Действительно, ящики, находящиеся в воде, будут стремиться всплыть вверх. На них действует сила, равная весу воды, вытесняемой ящиками.

Но даже при условии, что данный канат бесконечен, эффект не оправдывается, потому что чтобы канат вращался, ящики должны входить в сосуд именно со дна, а для этого они должны преодолеть давление столба воды, которое окажется значительно больше силы Архимеда.

Рисунок 10

Упрощенный вариант вечного двигателя гидравлического типа (Рис.№10), идея которого исходит из грубого нарушения толкования закона Архимеда. Погруженная в воду часть деревянного барабана, согласно закону Архимеда, подвергается действию выталкивающей силы. Конечно, колесо вращаться не будет, потому что сила будет направлена не вверх (как предполагалось изобретателем), а к центру колеса.

Магнитный вечный двигатель

Рисунок 11

Несложная, но оригинальная модель вечного двигателя с магнитами. К шаровому магниту, расположенному на стойке, ведут два наклонных желоба: один прямой, установленный выше, другой изогнутый (Рис. №11). Железный шарик, помещенный на верхний желоб, будет притягиваться магнитом, затем на пути он попадет в отверстие, скатится по нижнему желобу и снова перейдет на верхний желоб.

Однако, если магнит достаточно силен, чтобы притянуть шарик от нижней точки, то он не даст ему провалиться через отверстие, расположенное совсем рядом. Если же, наоборот, сила притяжения будет недостаточна, то шарик не притянется вовсе.

Вечный двигатель первого рода в противоречии с законом сохранения энергии

Окончательное утверждение закона сохранения энергии в 40-70 годы XIX века произошло на основе работ Сади Карно, Роберта Майера, Джеймса Джоуля и Германа Гельмгольца, которые показали связь между различными формами энергии (механической, тепловой, электрической и др.). Закон сохранения энергии формулируется в следующем виде: в изолированной системе энергия может переходить из одной формы в другую, но общее количество ее остается постоянным.

Как правило, невозможность вечного двигателя рассматривают как следствие закона сохранения энергии. Рассуждения Майера и опыты Джоуля доказали эквивалентность механической работы и теплоты, показав, что количество выделяемой теплоты равно совершенной работе и наоборот, формулировку же в точных терминах закону сохранению энергии первым дал Гельмгольц. В отличие от своих предшественников, он связывал закон сохранения энергии с невозможностью существования вечных двигателей. Принцип невозможности вечного двигателя был положен Майером и Гельмгольцем в основу анализа различных превращений энергии. Макс Планк в работе «Принцип сохранения энергии» сделал специальный акцент на эквивалентности (а не причинно-следственной связи) принципа невозможности вечного двигателя и принципа сохранения энергии.

В термодинамике исторически закон сохранения формулируется в виде первого начала термодинамики: изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил над системой и количества теплоты, переданного системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход, т. е. Q = ΔU + A. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Вечные двигатели второго рода

Классический вечный двигатель второго рода предусматривает возможность накопления тепла за счет работы, затраты которой меньше полученного тепла, и использования части этого тепла для повторного совершения работы в новом цикле. Таким образом, должен образоваться избыток работы. Другой вариант этого двигателя подразумевает упорядочение хаотического теплового движения молекул, в результате чего возникает направленное движение вещества, сопровождаемое понижением его термодинамической температуры. Широко известных проектов таких двигателей изобретено не так много, как, например, двигателей первого рода, и информация о них не достаточна для описания. Подавляющее большинство идей таких машин являются абсурдными и противоречивыми, либо относятся к классу мнимых вечных двигателей (по сути, не являются вечными), обладают низким КПД.

Сформулированное Рудольфом Клаузиусом второе начало термодинамики однозначно утверждает: невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Что также означает, что в замкнутой системе энтропия при любом реальном процессе либо возрастает, либо остается неизменной (т. е. ΔS ≥ 0). Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

Возможность использования энергии теплового движения частиц тела (теплового резервуара) для получения механической работы (без изменения состояния других тел) означала бы возможность реализации вечного двигателя второго рода, работа которого не противоречила бы закону сохранения энергии. Например, работа двигателя корабля за счет охлаждения воды океана (доступного и практически неисчерпаемого резервуара внутренней энергии) не противоречит закону сохранения энергии, но если, кроме охлаждения воды, нигде других изменений нет, то работа такого двигателя противоречит второму началу термодинамики. В реальном тепловом двигателе процесс превращения теплоты в работу сопряжен с передачей определенного количества теплоты внешней среде. В результате тепловой резервуар двигателя охлаждается, а более холодная внешняя среда нагревается, что находится в согласии со вторым началом термодинамики.

Мнимый вечный двигатель

Рисунок 12

В 60-х гг. XX в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно пьющая птичка» или «птичка Хоттабыча». Тонкая стеклянная колба с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую емкость. Свободным концом колбочка почти касается ее дна. В колбе находится определенное количество эфира (в нижней части), верхняя пустая часть колбы обклеена снаружи тонким слоем ваты. Перед игрушкой ставят сосуд с водой и наклоняют ее, заставляя «попить» (Рис.№12). Затем механизм работает самостоятельно: несколько раз в минуту наклоняется к сосуду с водой, пока вода не кончится.

Механизм такого явления понятен: жидкость в нижней полости испаряется под влиянием комнатного тепла, давление растет и вытесняет жидкость в трубочку. Верхняя часть конструкции перевешивает, наклоняется, пар перемещается в верхний шарик. Давление выравнивается, жидкость возвращается в нижний объем, который перевешивает и возвращает «птичку» в первоначальное положение.

На первый взгляд здесь нарушается второе начало термодинамики: перепад температур отсутствует, машина только забирает тепло из воздуха. Но когда колба достигает сосуда с водой, вода из мокрой ваты интенсивно испаряется, охлаждая верхний шарик. Возникает разность температур верхнего и нижнего сосудов, за счёт которой и происходит движение. Если испарение прекратится (высохнет вата или влажность воздуха достигнет точки росы, то есть температуры, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу), машина в полном согласии со вторым началом термодинамики перестанет двигаться. Мощность такого двигателя очень низка из-за незначительной разности температур и давлений, при котором «птичка» работает.

Вечные двигатели как коммерческие проекты

Вечные двигатели, с древнейших времен окутанные тайной изобретения и действия, несомненно, создавались не только для использования в практическом плане. Во все времена были мошенники и фантазеры, намеревавшиеся извлечь не только энергию большую, чем 100%.

Одна из самых известных «афер века» - вечный двигатель Иоганна Бесслера (1680-1745).

Рисунок 13

Рисунок 14

Под псевдонимом Орфиреус этот саксонский инженер 17 ноября 1717 года в присутствии известных физиков продемонстрировал машину с диаметром вала больше 3,5 м. Двигатель пустили в ход и заперли в комнате, а проверив через полтора месяца, убедились, что колесо двигателя вращается с прежней скоростью.

Когда то же самое произошло еще через два месяца, слава Бесслера прогремела по всей Европе. Изобретатель соглашался продать машину Петру I , но этого не произошло. Однако это не помешало жить Бесслеру безбедно на средства, полученные путем демонстрации двигателя. Двигатель представляет собой большое колесо, вращающееся и поднимающее при этом тяжелый груз на значительную высоту (Рис. №13).

Изобретение вызвало множество споров и нерешенных вопросов. Самый главный из них - принцип действия - не был известен широкой публике. Поэтому недоверчивые скептики заключили, что секрет заключается в том, что искусно спрятанный человек тянет за веревку, намотанную, незаметно для наблюдателя, на скрытой части оси колеса. И их ожидания оправдались: вскоре служанка Бесслера раскрыла тайну:

двигатель действительно работал только с помощью третьих лиц (Рис. №14).

Еще один известный случай использования вечного двигателя «не по назначению»: в одном из городов с целью привлечения клиентов у одного кафе было установлено «вечно» вращающееся колесо, которое, конечно, запускалось с помощью механизма.

Некоторые разработчики идей вечных двигателей в хронологическом порядке:

1. Бхаскара Ачарья (1114-1185), поэт, астроном, математик.
2. Виллар де Оннекур (XIII век), архитектор.
3. Николай Кузанский (1401-1464), философ, теолог, церковно-политический деятель.
4. Франческо ди Джорджо (1439-1501), художник, скульптор, архитектор, изобретатель, военный инженер.
5. Леонардо да Винчи (1452-1519), художник, скульптор, архитектор, математик, физик, анатом, естествоиспытатель.
6. Джамбаттиста Порта (1538 - 1615), философ, оптик, астролог, математик, метеоролог.
7. Корнелиус Дреббель (1572 - 1633), физик, изобретатель.
8. Атанасиус Кирхер (1602-1680), физик, лингвист, теолог, математик.
9. Джон Уилкинс (1614-1672), философ, лингвист.
10. Денни Папен (1647-1712), математик, физик, изобретатель.
11. Иоганн Бесслер (1680-1745), инженер-механик, врач, мошенник.
12. Дэвид Брюстер (1781-1868), физик.
13. Вильгельм Фридрих Оствальд (1853-1932), физик, химик, философ-идеалист.
14. Виктор Шаубергер (1885-1958), изобретатель.

Заключение

В 1775 году Французская Академия приняла решение не рассматривать предложения вечных двигателей, выдвинув окончательный вердикт: построение вечного двигателя абсолютно невозможно. За всю историю вечного двигателя было изобретено более 600 проектов, причем большинство из них пришлось на время, когда стали известны законы термодинамики и сохранения энергии.

Конечно, усилия многочисленных создателей вечных двигателей не пропали даром. Пытаясь сконструировать невозможное, они нашли немало любопытных технических решений, придумали механизмы и устройства, которые до сих пор применяются в машиностроении. В бесплодных поисках вечного движения родились основы инженерной науки и подтвердились законы, отрицающие его существование.

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?

С древних времен гомо сапиенс пытается изобрести вечный двигатель – простой источник бесконечной энергии. Насчитывается более 1000 различных схем и предложений. И каждый инженер хотел бы собственными руками изобрести вечный двигатель . Однако пока это никому не удалось. Приблизился к этому Тесла, но все его идеи ушли вместе с ним. И вот одна из реализаций такого двигателя, описанная в статье Лихачёва "Как построить вечный двигатель своими руками", опубликованную в журнале "Юный техник". Лихачёв пытался объяснить работу двигателя нарушением второго начала термодинамики. Мне кажется, что он в этом вопросе ошибся, и никакого нарушения термодинамики здесь не происходит, а работает гравитационное поле. А само изобретение простое в изготовлении и не требует больших вложений.

Берём обычную пластиковую колбу от любого напитка и разрезаем её на две половинки: нижнюю и верхнюю. В нижней половинке устанавливаем деревянную перегородку, сделанную из лиственных пород (если делать из хвойных пород, работать будет много хуже). Волокна в перегородке обязательно должны идти в вертикальном направлении снизу вверх. В перегородке должно быть отверстие с затычкой. Также должна быть тонкая трубка, идущая с самого низа колбы через перегородку в верхнюю часть. Все места между трубкой и деревом, между деревом и колбой необходимо надёжно уплотнить, чтобы воздух не мог проходить даже сквозь самые маленькие щели. Открываем затычку и наливаем в нижнюю часть колбы столько лекго испаряемой жидкости, чтобы самый нижний срез трубки находился уже в жидкости, но при этом уровень жидкости не достигал дерева. То есть необходимо сохранить воздушную прослойку между деревом и жидкостью. Закрываем плотно отверстие затычкой, наливаем немного этой же жидкости на дерево сверху и плотно насаживаем верхнюю половину колбы на нижнюю. Ставим конструкцию в тёплое место и ждём. Через некоторое время (может пройти от нескольких минут до нескольких дней в зависимости от используемой жидкости и температуры окружающей среды) из трубки сверху начнёт капать жидкость.

Я объясняю работу этой конструкции следующим образом. Жидкость проходит через древесные капилляры сверху вниз и тогда воздушная прослойка под деревом оказывается со всех сторон окружена жидкостью. Под действием окружающего тепла жидкость начинает в это прослойку испаряться и сверху и снизу. Но одновременно с испарением начинается конденсация уже испарившихся паров обратно в жидкость. Через некоторое время наступает равновесие, когда количество испарившихся молекул равно количеству сконденсировавшихся. Если никакая посторонняя сила на молекулы пара не действует, тогда каждая молекула имеет одинаковую вероятность уйти обратно в жидкость как вниз, так и вверх. Но если действует посторонняя сила (гравитация), тогда на беспорядочное броуновское движение паровых молекул накладывается их медленный дрейф в сторону этой силы. И каждая молекула приобретает большую вероятность сконденсироваться вниз, чем вверх. Если, скажем, из верхнего и нижнего слоёв жидкости поступило в пар по 100 молекул, то назад на нижний уровень уйдёт 101 молекула, а на верхний уровень уйдёт 99. Иными словами, начинается медленный переток жидкости через паро-воздушную прослойку вниз под действием силы тяжести. Уровень жидкости под деревом поднимается, давление воздуха растёт, он выталкивает жидкость в трубку и та через трубку поступает в верхний отсек. А потом снова просачивается через капилляры, испаряется, проходит через воздушную прослойку, конденсируется и т.д. Так происходит круговорот жидкости в установке. Если установить под падающими из трубки каплями колёсико, оно начнёт вращаться.

Здесь происходит одновременно два процесса: перенос вещества гравитацией сверху вниз и перенос тепла теплопроводностью снизу вверх. Преобладание конденсации над испарением на нижнем уровнем паро-воздушной прослойки увеличивает температуру в этом месте. А преобладание испарения над конденсацией на верхнем её уровне уменьшает температуру. Возникает разность температур и тепловой поток снизу вверх, который испаряет новые порции жидкости сверху. Если вкрутить в нижнюю поверхность дерева многочисленные металлические болты так, чтобы их головки находились в жидкости, тогда тепло будет передаваться не через паро-воздушную смесь низкой теплопроводности, а через металл высокой теплопроводности. Это интенсифицирует передачу тепла и весь процесс испарения-конденсации.

Ещё большего улучшения работы установки можно достичь, если полностью удалить воздух из прослойки под деревом, оставив здесь один лишь пар (то есть сделав прослойку чисто паровой). Дело в том, что воздух будет увлекаться паровым потоком и накапливаться на нижнем уровне жидкости. Увеличение его парциального давления в этом месте означает уменьшение парциального давления пара, и тогда температура конденсации падает. Значит, снижается температурный напор через паро-воздушную прослойку и установка работает хуже. Для удаления воздуха надо сделать специальную трубку из воздушной прослойки через стенку колбы наружу и ещё до начала работы слегка нагреть нижнюю часть колбы. Тогда жидкость будет испаряться и пар станет через трубку выходить наружу, увлекая с собой воздух. Через некоторое время воздуха в прослойке не останется.

Я в качестве жидкости использовал вначале фреон. И он работал очень даже неплохо, капли начинали капать из трубки в верхнем отсеке уже через полчаса после окончания сборки. Но у фреона оказался необычный побочный эффект. Пластмасса колбы при контакте с ним стала помаленьку съёживаться и за ночь колба ужалась чуть ли не вдвое. В такой колбе уже ничего не работало, пришлось её выбрасывать и делать всё заново. Поэтому потом я перешёл на обычный бензин. Он работал намного хуже фреона, но пластмасса от него не коробилась. Установка с бензином начинала работать в 3-4 часа дня, когда температура летнего дня поднималась до 40 градусов, и работала до тех пор, пока держалась такая температура. А потом останавливалась и начинала работать снова лишь на следующий день. Такая особенность может привести к ошибочному мнению, будто здесь преобразуется тепло окружающей среды, и как раз такой вывод сделали Лихачёв с Вейником. На самом деле окружающее тепло служит всего лишь своеобразным аккумулятором для запуска в работу (мы в машине тоже для запуска мотора используем аккумулятор). Чем больше будет окружающая температура, тем больше испарится жидкости в самом начале работы и тем эффективнее установка будет действовать. А при низкой температуре самого начального испарения не происходит и установка не работает.

Конечно, мощность такой установки настолько мала, что никакого практического применения от неё ждать не стоит. Она может послужить лишь наглядным доказательством того факта, что вечный двигатель построить можно . Но надо сразу сказать, что это будет не вечный двигатель 1го рода, производящий полезную работу в самом настоящем смысле из пустоты, а вечный двигатель 2го рода, извлекающий энергию из окружающей среды. В данном случае такой окружающей средой будет гравитационное поле планеты.

Магнитно-гравитационный вечный двигатель

Современные постоянные магниты открывают большие возможности для создания различных магнитных двигателей и магнитных генераторов. Еще одно устройство, претендующее называться "вечным двигателем "

Работу этого вечного двигателя обеспечивает перемещения грузов и вспомогательных магнитов попеременно вокруг основного магнита. За счет взаимодействия магнитов грузы в зоне одного полюса приближаются к оси вращения мотора, а в зоне другого полюса грузы отталкиваются от центра вращения. В результате центр масс всей конструкции смещается вправо, что позволяет вращаться двигателю практически вечно, пока будет существовать тяготение Земли и магнитное поле у магнитов.

Принцип его работы состоит в том, что с использованием магнитных сил между 2 постоянными магнитами, а также с помощью силы гравитации удается создать устойчивое вращение магнито ротора вокруг кольцевого статорного магнита.
Вращение ротора 1 обусловлено тем, что момент вращения дискового ротора 1 от суммарной сила гравитации и сила магнитного отталкивания магнитов на разгонном левом участке траектории ротора -обода 1 больше чем тормозящий момент при подъеме груза. Потому что разные радиусы вращения груза 5 из-за силы магнитного отталкивания магнитов 1 и 3 на левом полуобороте обода 1 (шток 4 выдвигается). А на возвратном полуцикле-полуобороте обода 1- правом, магниты 2, 3 стремятся притянутся и поэтому радиус и момент вращения груза на этом интервале становится меньше.

Изобретайте и у Вас все получится.

Министерство образования Российской Федерации

Реферат на тему

«Вечный двигатель. Механический вечный двигатель. Анализ. Принцип работы. Что его тормозит? Как его заставить работать?»

Выполнил:

Проверил

Введение

Давно известно, что идея вечного двигателя неосуществима, однако она очень интересна и познавательна с точки зрения истории развития науки и технологий. Ведь в поисках вечного двигателя ученые смогли лучше понять основные физические принципы. Более того, изобретатели вечного двигателя являются яркими примерами для изучения некоторых аспектов человеческой психологии: изобретательности, настойчивости, оптимизма и фанатизма.

Вечный двигатель (perpetuum mobile, perpetual motion machine) – устройство, основанное на механических, химических, электрических или иных физических процессах. Будучи запущенным единожды, он сможет работать вечно и остановится только при воздействии на него извне.

Вечные двигатели делятся на две большие группы.

Вечные двигатели первого рода не извлекают энергию из окружающей среды (например, тепло), при этом физическое и химическое состояние его частей также остается неизменным. Машины такого рода не могут существовать исходя из первого закона термодинамики.

Вечные двигатели второго рода извлекают тепло из окружающей среды и превращают его в энергию механического движения. Такие устройства не могут существовать исходя из второго закона термодинамики.

Сегодня мы уже не можем ограничиваться лишь механикой (ведь есть электричество, магнетизм и т.д.), поэтому появились две категории вечных двигателей. Первые из них являются естественными (perpetuum mobile naturae), а вторые физическими, или искусственными (perpetuum mobile physicae).

Планеты миллиардами лет вращаются вокруг Солнца, являясь примером вечного движения. Это было подмечено еще очень давно. Естественно, ученые хотели повторить эту картину Божьего творения в уменьшенном масштабе, за что часто считались еретиками и становились жертвами инквизиции. В то же время, иезуиты придавали вечному двигателю огромное значение и тайно работали над его созданием.

Механический вечный двигатель.

Археологические изыскания выявили, что в Древней Греции идея бесконечного движения не вызывала особого интереса. Знания греческих инженеров и ученых о механике были довольно обширны, об этом свидетельствуют некоторые находки (например, механизм Герона). Естественных источников силы, как, например, водяных колес и труда рабов, было достаточно для нужд Греции. Конструкторская изобретательность была, в основном, направлена на создание механических игрушек и храмовых автоматов, создающих иллюзию самостоятельного движения. Было найдено всего несколько текстов 2000-летней давности с упоминанием вечного двигателя.

На Востоке же идея вечного двигателя была распространена широко. Первое упоминание о вечном двигателе, сконструированным индийским математиком и астрономом Брахмагупта (Brahmagupta) относится к 624 году н.э. В своем труде «Brahmasphutasiddhanta» он описал вечный двигатель так: «Сконструировать из светлых пород дерева колесо с полыми равномерно распределенными спицами, заполнить спицы до половины ртутью и запечатать, поместить колесо на горизонтальную ось. В части спиц ртуть будет подниматься вверх, а в остальных спускаться, обеспечивая непрерывное движение».

Лалла (Lаlla), другой индийский астроном, в 748 году написал трактат «Sisyadhivrddhida Tantra», описывающий схожий механизм, отличающийся только формой полых спиц.

Около 1150 года очередной индийский математик и астроном Баскара (Bhaskara) в труде «Siddhanta Siromani» описал механизм с полыми трубками, расположенными по окружности колеса. Он писал: «Эта машина вращается с большой силой. Потому что ртуть с одной стороны ближе к оси, чем с другой». Очевидно, он думал, что такая конструкция постоянно выводит систему из равновесия, поддерживая вечное движение. Считается, что он так и не испытал свое устройство (как, впрочем, и многие другие изобретатели вечных двигателей).

Начиная с 12 века основные принципы конструкции вечного двигателя модифицировались и объединялись, чтобы в конечном итоге стать частью истории технологий. Даже сегодня некоторые изобретатели обращаются к этим «несбалансированным колесам». Описанные конструкции несли в себе не только технический, но и религиозный, и философский смысл, как бы олицетворяя бесконечную смену времен года и реинкарнацию, поэтому многие храмы использовали эти символы. А сами вечные двигатели такой конструкции получили название индийских (в другой трактовке персидских или арабских).

В Средние века около 1235 года архитектор Виллар де Оннекур (Villard de Honnecourt) заинтересовался идеей вечного двигателя и был озадачен неудачами своих современников. Чтобы показать их невежество, он нарисовал простую, но весьма оригинальную машину. Ее непрерывное движение обеспечивалось за счет нечетного количества подвижных увесистых молотков, прикрепленных к ободу колеса.

Рассуждения Виллара довольно просты. Он ошибочно полагал, что всегда с одной стороны оси будут находится четыре молотка, а с другой три, создавая постоянный дисбаланс. Он не осознавал, что система в целом будет стремиться к статическому равновесию, когда с каждой стороны будут находиться по три молотка и один внизу. Поучительно, что и сегодня некоторые попадаются в эту ловушку.

В эпоху Возрождения интерес к вечному двигателю был поистине огромен. Например, большое количество чертежей с описанием конструкции вечного двигателя было сделано архитектором Франческо ди Джорджио (Francisco di Georgio). Один из довольно неплохих вариантов мы видим на рисунке. Это гидроприводная мельница с дополнительной помпой.

Машина использует непрерывную циркуляцию воды (рециркуляционная мельница). Поскольку извне вода не поступает, то такие механизмы иногда называют aqua morta, то есть «мертвая вода». Падающая вода запускает большое вертикальное колесо, которое посредством зубчатой передачи приводит в движение мельницу. Чтобы поднять воду вверх используются коленчатый вал и два рычага, скрепленных с осью колеса, приводящих в движение две помпы с цилиндрическими поршнями.

Джорджио описал несколько таких конструкций, часть из которых непрактичны, хотя и при воздействии извне могут работать.

В 1618 году английский физик и мистик Роберт Фладд (Robert Fludd) описал рециркуляционную мельницу, которая поднимает воду с помощью цепного насоса. Правда позже, видно поняв свою ошибку, он отказался от своего вечного двигателя, приписав его итальянским изобретателям.

Машины Джорджио, несомненно, были известны Леонардо да Винчи, интересовавшимся всеми механизмами, в том числе и движущимися бесконечно. До наших дней дошли часть его чертежей с изображением рециркуляционных мельниц с архимедовыми винтами. Он также описал сложные механизмы с заполненными ртутью полостями. В Немецком музее (Deutsches Museum) в Мюнхене имеется реконструкция его машины. Не смотря на то, что во времена да Винчи закон сохранения еще не был известен, гениальный изобретатель очень близко подошел к его идее. Он писал: «Падающая вода может поднять такое же количество воды… но мы должны учесть и потери силы на трение». Известны и наброски чисто механических вечных двигателей да Винчи, приводимых в движение катящимися шариками.

Несмотря на больной интерес да Винчи к самой идее вечного двигателя, он весьма скептически относился к мысли о практическом применении существующих конструкций. В одной из тетрадей великого изобретателя мы видим подтверждения невозможности вечного движения несбалансированного колеса.

Чертеж показывает, что ученый прекрасно понимал раскладку сил и вращающих моментов. Он считал, что попытка реализации вечного двигателя сродни поиску философского камня.

Стоит сказать об инженере Агостино Рамелли (Agostino Ramelli)(1531-1608), идеи которого актуальны и по сей день. В своем труде «Le diverse et artificiose machine» он описал механизмы, которые использовались уже после смерти их создателя, например, вентилятор. Рамелли был практиком, а потому не увлекся идеей вечного двигателя, поэтому он почти не упоминал о нем в своих трудах.

В конструкции придуманной им мельницы есть устройство, оптимизирующее ее работу. И этим устройством является несбалансированное колесо. Однако ниже написано: «Стоит упомянуть, что внутренняя часть колеса сделана мной лишь по просьбе джентльменов, решивших, что водяной поток не слишком быстрый, и это колесо должно помочь».

Известный механик середины XVII века Эдуард Сомерсет, маркиз Вустерширский, в свои пятьдесят лет решил на удивление всем заняться постройкой перпетуум мобиле доселе невиданных размеров. Честолюбивые намерения этого достопочтенного и преданного короне дворянина нашли полную поддержку у его государя Карла I. Старый лондонский Тауэр стал свидетелем грандиозных приготовлений. Вместе со своими помощниками маркиз соорудил огромное колесо диаметром более 4 метра с размещенными по его периметру 14 грузами весом по 50 фунтов каждый. К сожалению, в сообщениях об этом широко разрекламированном опыте, при котором присутствовал сам король со своим двором, о результатах экспериментов подробно не говорится. Известно лишь, что к этому своему опыту Сомерсет никогда более не возвращался; позднее он занимался строительством парусного экипажа и другими смелыми по тому времени проектами.

Некоторое видоизменение машины Сомерсета представляет собой перпетуум мобиле; откидывающиеся грузы заменены в нем шарами, свободно перекатывающимися в клиновидных камерах, прикрепленных к ступице колеса. Автор проекта исходил из предположения, что шары, подкатившиеся к внешнему краю колеса, будут обладать большим силовым моментом, чем шары, находящиеся в суженной части камер вблизи его оси.

Примерно в то же самое время, в первой половине XVII в., известный астроном и член ордена иезуитов Христофор Шейнер сделал важное открытие - он обнаружил пятна на поверхности Солнца. Однако для нас более интересным представляется его сочинение «Комментарий к основаниям гномоники», изданное в Ингольштадте в 1616 г. В нем автор описывает оригинальную идею еще одного перпетуум мобиле, которому он дал громкое название «шейнеров гномон в центре мира».

Постоянное движение гномона Шейнер обосновывал следующим образом. Произвольная точка, выбранная в качестве центра мира, одновременно будет являться и центром гравитации. Если раскрутить рычаг с перпендикулярно установленным на одном его конце гномоном так, чтобы свободный конец рычага проходил через этот центр гравитации, вся система придет в непрерывное вращение, потому что сила, притягивающая гномон с рычагом к центру гравитации, будет одинаковой во всех точках траектории.

Идея Шейнера сразу ж вызвала многочисленные возражения современников. Так, собрат Шейнера по ордену иезуитов астроном Джиованни Баптиста Риччиоли утверждал, что гномон моментально упадет в центр гравитации по наикратчайшему пути. Другой математик того времени Марио Беттино не без иронии заявил:

«Да, это будет перпетуум, но не мобиле, а покоя!»

Хотя Галилей и не был приверженцем идеи перпетуум мобиле, один из его учеников - Клеменс Септимус попытался построить вечный двигатель.

У этого устройства вместо обычных грузов в плотно закрытом с концов цилиндрическом барабане вращалась плоская непроницаемая лопатка, разделявшая два вещества различной плотности. Одна половина цилиндра, FAG, наполнялась ртутью или водой, другая, FBG, - маслом или воздухом (т.е. более легким веществом). Работа этого устройства предполагалась следующей. Поскольку на CA действует больший вес ртути, то плечо рычага перейдет в положение DE, а центр тяжести окажется в некоторой точке D, лежащей между A и C. Так как ртуть несжимаема и вместе с тем она не может проникнуть в другую половину цилиндра, то весь барабан начнет вращаться в направлении C. Но вследствие этого движения центр тяжести системы опять переместится в исходное положение, и все повторится сначала. На основе построенной таким образом функциональной схемы Клеменс пришел к выводу, что данный перпетуум мобиле сразу же после его изготовления должен прийти во вращательное движение и оставаться в этом состоянии вечно без какого-либо подвода энергии извне.

Против ошибочных взглядов Клеменса Септимуса выступил его друг итальянский физик Альфонсо Борелли. В опубликованном в 1670 г трактате «О естественном движении и подвешенных грузах» он подробно описывает машину Клеменса, категорически отрицая возможность ее работы с циклическим движением шаров по замкнутому пути.

В следующем примере, заимствованном из того же источника, движущим элементом перпетуум мобиле вновь является сила тяжести.

Правда, при первом взгляде вам не может не показаться, что этот вечный двигатель несколько великоват: ведь главная его часть - это вся наша Земля с просверленным насквозь от полюса к полюсу прямым каналом, герметически закрытым с обоих концов. По представлению изобретателя, массивный шар, изготовленный из достаточно плотного материала, должен колебаться от одного конца канала к другому сколь угодно долго.

В заключение этого краткого обзора наиболее часто встречающихся типов механических вечных двигателей приведем еще два интересных примера. Принцип действия первой из этих машин схема 34 по внешнему виду необычайно прост разница в весе между более длинной частью ремня, проходящей между промежуточными роликами, и его прямой, вертикальной частью, обеспечивает неравенство сил, служащее причиной постоянного движения всей системы. Подобный тип перпетуум мобиле был, по-видимому, прежде необычайно популярен, поскольку он часто встречается в литературе во многих вариантах: с ремнями, цепями и т.п.

Многочисленные попытки создания вечного двигателя, приводимого в действие силой тяжести различных масс в виде откидных рычагов, неуравновешенных шаров и т.п., с самого начала исходили из неверного предположения о том, что для приведения такой машины в непрерывное движение достаточно сместить центр тяжести ее вращающейся части (колеса, рычагов и т.д.) из положения равновесия, т.е. сдвинуть его с оси вращения. Это ошибочное понимание закона тяготения, по всей видимости, имело своими главными причинами несколько консервативный взгляд на статику тел, а также почти полное отсутствие опыта практического применения новых законов динамики, установленных Галилеем.

Член английского Королевского общества механик и астроном Джеймс Фергюсон в качестве протеста против всё умножавшихся проектов новых вечных двигателей, в бессмысленности которых он нисколько не сомневался, построил модель перпетуум мобиле, показанную на рисунке.

По внешнему виду эта модель мало чем отличалась от описанных выше устройств. Правда, в дополнение к откидывающимся грузам на концах звездообразно расположенных рычагов Фергюсон использовал еще набор грузов, передвигавшихся в особых каретках в направлении касательной к окружности вращения и перпендикулярно соответствующему рычагу. Одновременно перемещение грузов с помощью совокупности специальных блоков и тросов связывалось с движением откидывающихся рычажков; при этом каждый рычажок соединялся тросом с тем грузом, который отстоял от него по окружности на 90° в направлении движения часовой стрелки. С помощью подобной взаимной комбинации исходных элементов Фергюсон намеренно хотел усилить действие исследуемой машины, чтобы, если все попытки привести ее в движение окажутся безуспешными, наглядно показать, что идея перпетуум мобиле целиком принадлежит царству фантазии. Весьма вероятно, что модель Фергюсона была не единственным выступлением против самой сущности идеи вечного двигателя, поскольку с критикой разных типов этих машин мы встречаемся и в целом ряде других сочинений того времени.

Отметим, что, пожалуй, никто из изобретателей вечного двигателя не задавался более легкой задачей, чем Фергюсон: ведь для своего эксперимента он мог выбрать любую машину своих противников, будучи заранее уверенным, что его попытка доказать невозможность вечного двигателя непременно окажется успешной.

Невозможность создания вечного двигателя

Попытаемся рассказать о законах природы, исключающих возможность создания перпетуум-мобиле.

Постройте машину, которая совершала бы работу большую, чем сообщенная ей энергия, и вы решите проблему вечного движения.

Чтобы вечный двигатель мог работать, он должен сам себя обеспечивать энергией. Иначе говоря, он должен вырабатывать ее в достаточном количестве, не имея ни какого внешнего источника. Представьте, что нужно рассчитать баланс энергии, затрачиваемой на совершение того или иного вида работы, будь то движение океанского лайнера, или забивание гвоздей, или полет со сверхзвуковой скоростью. В любом случае количество затраченной энергии всегда должно быть равно количеству энергии произведенной или выделившейся в результате совершения работы. Энергия, которую мы не совсем точно называем потерянной, на самом деле не изчезает. Просто она переходит в иную форму, при этом исключается возможность ее дальнейшего превращения в механическую или электрическую энергию. Так получается оттого, что в результате трения происходит нагревание и часть энергии выделяется в виде тепла. И это вообще говоря справедливо для потерь любого вида энергии, ибо они в конечном счете всегда превращаются в тепло.

Эту же мысль можно выразить и иными словами: во всех случаях общая конечная сумма энергии равна ее общей начальной сумме. Энергия не возникает и не исчезает, но переходит в другую форму, иногда малополезную или совсем бесполезную. Например, тепло, выделяемое в двигателе внутреннего сгорания, - ненужный и, тем не менее, неизбежный продукт превращения энергии. Его можно использовать, скажем, для обогрева салона автомобиля, но сделаем мы это или не сделаем - все равно часть работы, совершаемой двигателем, будет тратиться на тепловые потери.

Все, о чем говорилось выше, и представляет собой суть важнейшего закона природы - закона сохранения энергии, или первого начала термодинамики.

Мы уже говорили, что 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. Существует ряд свидетельств, что именно поиски такой нереализуемой машины заложили фундамент механики как науки. Великие ученные прошлого приняли как аксиому невозможность создания перпетуум-мобиле и тем помогли пробиться росткам новой науки.

Порой легко доказать негодность того или иного проекта вечного двигателя и тем самым показать, что данный конкретный способ его реализации не приведет к желаемому результату. Но это вовсе не означает, что автоматически исключается возможность построения перпетуум-мобиле другими средствами. Поэтому, до тех пор, пока не был четко сформулирован закон сохранения энергиги, невозможность создания механического вечного двигателя, установленная многовековым опытом, вовсе не означала невозможность создания, скажем двигателя химического. Конечно, бесплодность поисков вечного движения признавалась еще до того, как этот закон стал достоянием науки. Однако это мнение основывалось не на некоторых общих положениях, а на анализе принципа действия отдельных "машин вечного движения". Тщательное рассмотрение очередного проекта всегда обнаруживало какие-нибудь теоретические ошибки, из-за которых двигатель не мог работать, а претензии изобретателя оказывались несостоятельными.

В разработку общепринятого ныне критерия неосуществимости вечного движения, провозглашающего невозможность создания энергии из ничего, внесли свой вклад философы, математики, инженеры. Закон сохранения энергии стал неизбежным препятствием для изобретателей перпетуум-мобиле. И все попытки преодолеть это препятствие кончались крахом.