|
зміст
Вступ ................................................. .................................................. .................................................. .................... 3
1. Історичні спроби створення вічного двигуна ........................................... ... 4
2. Конструкція вічного двигуна ............................................. .................................................. ..... 6
3. Перші проекти вічних двигунів ............................................ ............................................. 10
4. Парадоксальність існування вічного двигуна ........................................ 14
Висновок ................................................. .................................................. .................................................. ............. 16
Список використаної літератури ............................................... ............................................... 17
Вступ
Про «вічний двигун», «вічному русі» часто говорять і в прямому і в переносному сенсі слова, але не всі усвідомлюють, що, власне, треба мати на увазі під цим виразом. Вічний двигун - це такий уявний механізм, який безупинно рухає сам себе і, крім того, здійснює ще якусь корисну роботу. Такого механізму ніхто побудувати не зміг, хоча спроби винайти його робилися вже давно. Безплідність цих спроб призвела до твердого переконання в неможливості вічного двигуна і до встановлення закону збереження енергії - фундаментального твердження сучасної науки. Що стосується вічного руху, то під цим виразом мається на увазі безперервне рух без здійснення роботи.
З психологічної точки зору ідея вічного руху завжди була вкрай приваблива: адже практична реалізація штучно створеного замкнутого енергетичного циклу, безсумнівно, привела б до епохального перевороту в науці і техніці з глибокими суспільно-економічними наслідками. Крім заперечення істоти сучасних фізичних теорій це означало б, що побудований вічний двигун з'явився б першою в світі машиною з ідеальним робочим циклом. Його досконалість і максимальна експлуатаційна економічність надали б величезний вплив на розвиток світової економіки. Людство назавжди позбулося б від страху перед нестачею енергії, який невблаганно переслідує його сьогодні. Тим самим розробка такого реального вічного двигуна затьмарила б всі зроблені до сих пір винаходи і відкриття.
1. Історичні спроби створення вічного двигуна
Якщо вірити історичним документам, стародавні греки і римляни до ідеї вічного двигуна ставилися байдуже. Римлянам цілком вистачало рабів, а греки дуже добре розбиралися в механіці.
Європейські механіки заразилися ідеєю вічного двигуна від індусів. У XII столітті індійський математик і астроном Бхаскара (Bhaskara) «придумав» перший відомий історії вічний двигун - колесо, по колу якого під певним кутом кріпилися ємності, частково заповнені ртуттю. У міру обертання колеса ртуть перетікала з одного кінця ємності в інший, змушуючи колесо зробити черговий оборот. Очевидно, що Бхаськара запозичив дизайн свого вічного двигуна у знаменитого кола вічного повернення і ніколи не намагався побудувати описане ним пристрій. Можливо, він навіть не замислювався, наскільки реальна його конструкція, - для Бхаскару це була всього лише зручна математична абстракція.
Однак європейські механіки, які ознайомилися з працями Бхаскару взяли вдалий дизайн. Одним з них був Віллар де Оннекур (Villard de Honnecourt, XIII століття). За своє життя він зробив багато корисного, але в історію увійшов як черговий винахідник perpetuum mobile. Його конструкція практично повністю повторювала варіант Бхаскару, але поряд з використанням ртуті Оннекура пропонував ще один спосіб. На його думку, ефекту вічного руху можна було домогтися, розмістивши по колу колеса непарна кількість молоточків. При обертанні колеса молоточки будуть бити по ньому, не даючи зупинитися, вважав Оннекура.
Проявив незвичайний інтерес до цієї проблеми і Леонардо да Вінчі. Ставився він до вічних двигунів вельми скептично, однак не пошкодував часу як на грунтовну критику варіацій на тему колеса Бхаскару, так і на докладний розбір помилок свого співвітчизника Франческо ді Джорджіо (Francisco di Georgio). Складні системи з помп і млинових коліс на папері виглядали дуже правдоподібно і навіть працювали, але, на жаль, не були вічними двигунами. Принципова неможливість побудови такої системи стала загальним місцем років через двісті після Леонардо, однак в 1950-х рр. ідея використовувати в якості джерела вічної енергії воду отримала друге народження в роботах Віктора Шаубергера (Viktor Schauberger).
Роберт Фладд (Robert Fludd, 1574-1637) - відомий філософ, містик і, можливо, член напівміфічного братства розенкрейцерів - в трактаті «De Simila Naturae», пославшись на безіменного італійського винахідника, призводить ескіз водяного двигуна, але сумнівається, що цей двигун буде працювати. За іронією долі Фладда зазвичай вважають прихильником ідеї вічного руху, іноді приписуючи йому авторство креслень, які він поміщав в своїх книгах.
2. Конструкція вічного двигуна
Інтерес європейської науки магнітів не міг не відбитися і на конструкції вічних двигунів. Відомий вчений, перший секретар Британського Королівського товариства єпископ Джон Уілкінс (Bishop John Wilkins of Chester, 1614-72) довгі роки відстоював можливість побудови вічного двигуна на базі магнітів. Як доказ вірності своїх уявлень Уілкінс використовував ескіз двигуна, що складається з магніту, залізного кульки і спеціальних доріжок, по яких кулька спочатку падав вниз під дією гравітації, а потім підтягувався до магніту. І хоча успішний дослідний зразок побудувати так і не вдалося, Уілкінс до самої смерті вважав, що на основі його улюбленої конструкції все-таки можна побудувати вічний двигун. Потрібно тільки ще трохи попрацювати над цим.
Вищої точки розвитку механічні вічні двигуни досягли завдяки Йогану Ернсту Еліас Бесслер (Johann Bessler, 1680-1745), відомому також як Orffyreus (латинська криптограма Bessler). Життя Бесслер, який славився поганим характером, є хорошою ілюстрацією корисності патентного права. Свій вічний двигун винахідник хотів продати за сто тисяч талерів (близько двох з половиною мільйонів доларів за сьогоднішнім курсом) і нікому не погоджувався розкрити секрет винаходу до продажу. При найменшій підозрі, при найменшому натяку на те, що секрет хочуть викрасти, Йоганн Бесслер знищував креслення і прототипи і переїжджав в інше місто.
У 1719 році Бесслер під псевдонімом Orffyreus публікує трактат «Perpetuum Mobile Triumphans», в якому, зокрема, стверджує, що йому вдалося створити «мертву матерію, яка не тільки рухає себе, але може використовуватися для підняття ваг і виконання роботи».
Двома роками раніше пройшла найбільш вражаюча демонстрація винаходу Бесслер. Вічний двигун з діаметром вала більше 3,5 м був приведений в дію 17 листопада 1717 року. В цей же день кімната, в якій він перебував, була замкнена, і відкрили її тільки 4 січня 1718 року. Двигун все ще працював: колесо крутилося з тією ж швидкістю, що і півтора місяці тому.
За сім років активних експериментів (1712-19) Бесслер побудував більше трьохсот прототипів двох моделей вічного двигуна. У перших прототипах колесо оберталося тільки в одну сторону, і, щоб його зупинити, потрібно докласти значних зусиль, в пізніх - вал міг крутитися в будь-якому напрямку і зупинявся досить легко. Будь-яка з конструкцій Бесслер не просто перебувала на енергетичному самозабезпеченні. Енергії вистачало і на те, щоб виконувати якусь роботу: наприклад, піднімати тяжкості.
Але ні численні сертифікати, видані незалежними комісіями, ні публічні демонстрації не принесли Бесслер грошей, на які він збирався побудувати школу для інженерів. Максимум, що він зміг отримати від можновладців, - чотири тисячі талерів одноразово і будинок в подарунок від ландграфа Карла, господаря замку Вайсенштайн (Weissenstein).
Принципи дії двигунів Бесслер точно не відомі. Сьогодні ми знаємо лише, що він не використав безпосередньо ідеї Бхаскару, а також «водяний принцип». Бесслер був досвідченим годинникарем, і за кількістю деталей його двигуни цілком могли зрівнятися з механічними годинами. Можливо, він придумав складну систему противаг для збереження нестабільності системи укупі з пружинними механізмами, час від часу каталізує обертання колеса.
До того, як був відкритий закон збереження енергії, протягом століть наполегливо робилися спроби створити таку машину, яка дозволяла б здійснювати більше роботи, ніж витрачається енергії. Вона заздалегідь отримала назву «perpetuum mobele».
Вічний двигун - уявний, але нездійсненний двигун, який після пуску його в хід робить роботу необмежено довгий час
Ось як писав про значення для людства вічного двигуна чудовий французький інженер Саді Карно: "Загальне і філософське поняття« perpetuum mobile »містить в собі не тільки уявлення про рух, що після першого поштовху продовжується вічно, але дія приладу-небудь зборів таких, здатного розвивати в необмеженій кількості рушійну силу, здатної виводити послідовно зі спокою всі тіла природи, якби вони в ньому знаходилися, порушувати в них принцип інерції, здатного, нарешті, черпати із самого себе необх дімие сили, щоб привести в рух весь Всесвіт, підтримувати і безперервно прискорювати його рух. Такою була б дійсне створення рушійної сили. Якби це було можливо, то стало б марним шукати рушійну силу в потоках води і повітря, у пальному матеріалі, ми мали б нескінченне джерело, з якого могли б нескінченно черпати ».
Вічні двигуни звичайно конструюють на основі використання наступних чи прийомів їхніх комбінацій:
- Підйом води за допомогою архимедова гвинта;
- Підйом води за допомогою капілярів;
- Використання колеса з неуравновешівающіміся вантажами;
- Природні магніти;
- Електромагнетизм;
- Пар або стиснене повітря.
Ідея вічного руху була дуже популярна в середні століття. Володіння секретом такого двигуна здавалося більш привабливим, ніж навіть мистецтво робити золото з недорогоцінних металів. Безліч людей займалося цією нерозв'язною проблемою. Серед них були навіть люди з непоганим на той час походженням. Відомо, що безліч праць Ньютона містять конструкції вічного двигуна. У записах Леонардо да Вінчі теж були знайдені кілька нарисів perpetuum mobile.
Порівняно мало було спроб щодо створення вічних двигунів другого роду. Для роботи звичайного теплового двигуна необхідно мати нагрівач і холодильник. Дуже привабливою здається завдання створення теплової машини, яка могла б здійснювати механічну роботу з використанням нагрівача.
Можна підрахувати, що при охолодженні світового океану тільки на один градус можна отримати енергію, достатню для забезпечення всіх потреб людства при сучасному рівні її споживання на 14000 років.
Двигуни, які працюють за рахунок різниці енергій, що виникає в часі і просторі, з'явилися давно. Частина з них діє за дуже простим і цілком ясному принципом. Але є і такі, які можна прийняти за вічний двигун другого роду: розібратися, чому вони працюють, зовсім непросто.
3.Перші проекти вічних двигунів
Зараз важко встановити, коли, де і ким був запропонований перший проект вічного двигуна. Є дані про те, що в трактаті великого індійського математика Бхаскара Ачарья (1114-1185 рр.) «Сиддханта Сіромані» (бл. 1150 г.) є згадка про perpetuum mobile. Про це ж йдеться у творі араба Фахрі ад-дін-Ридван бен Мохаммеда (бл. 1200 г.). У Європі перші звістки про perpetuum mobile пов'язані з ім'ям одного ізвидающіхся людей XIII століття - Виллара д'Оннекура - французького архітектора та інженера.
Як і більшість діячів того часу, він займався і цікавився багатьма справами: будівництвом соборів, створенням вантажопідйомних споруд, пили з водяним приводом, військової стінобитної машини і навіть. дресируванням левів. Він залишив яка дійшла до наших днів «Книгу малюнків» - альбом із записами та кресленнями (бл. 1235-1240 рр.), Яка зберігається в паризькій Національній бібліотеці.
Всі механічні вічні двигуни середньовіччя засновані на одній і тій же ідеї, що йде від д'Онекура: створення постійного нерівноваги сил тяжіння на колесі або іншому постійно рухається під їх дією пристрої. Це нерівновага має обертати колесо двигуна, а від нього приводити в дію машину, що виконує корисну роботу.
Всі такі двигуни можна розділити на дві групи, що відрізняються видом вантажу- робочого тіла. До першої групи належать тим, в яких використовуються вантажі з твердого матеріалу, до другої - ті, в яких вантажем служать рідини.
Кількість різних варіантів perpetuum mobile в обох групах величезна.
Почнемо з двигунів першої групи. Італійський інженер Маріано ді Жакопо з Сієни (недалеко від Флоренції) в рукописи, що датується тисячі чотиреста тридцять вісім роком, описав двигун, що повторює по суті ідею д'Онекура. Вантажі, що представляють собою товсті прямокутні пластини, закріплені так, що можуть відкидатися тільки в одну сторону. Число їх непарній; тому з одного боку при будь-якому положенні їх буде більше, ніж з іншого. Це і повинно викликати безперервне обертання колеса.
Англієць Едуард Соммерсет, теж розробив механічний вічний двигун у вигляді колеса з твердими вантажами і в 1620 році побудував його, належав на відміну від своїх попередників до самих аристократичних кіл суспільства.
Він носив титул маркіза Вустершірского і був придворним короля Карла I. це не заважало йому серйозно займатися механікою і різними технічними проектами.
Експеримент зі створення двигуна був поставлений з розмахом. Майстри виготовили колеса діаметром 14 футів (близько 4 м); по його периметру було розміщено 14 вантажів по 50 фунтів (близько 25 кг) кожен. Випробування машини в лондонському Тауері пройшло з блиском і викликало захват у присутніх, серед яких були такі авторитети, як сам король, герцог Річмондський і герцог Гамільтон. На жаль, креслення цього perpetuum mobile до нас не дійшли, так само як і технічний звіт про це випробуванні; тому встановити, як воно проходило по суті, не можна. Відомо тільки, що в подальшому маркіз цим двигуном більше не займався, а перейшов до інших проектів.
Алессандро Капра з Кремони (Італія) описав ще один варіант вічного двигуна у вигляді колеса з вантажами. Двигун був колесо з 18 розташованими по колу рівними вантажами. Кожен важіль, на якому закріплений вантаж, забезпечений опорної деталлю, встановленої під кутом 90˚ до важеля. Тому вантажі на одній стороні колеса, що знаходяться по горизонталі на більшій відстані від осі, ніж з іншого, повинні завжди повертати його і змушувати безперервно обертатися.
Рідинні вічні двигуни принципово нічим не відрізняються від описаних раніше perpetuum mobile першої групи. Різниця полягає лише в тому, що замість переміщаються щодо колеса вантажів використовується рідина, яка переливається при його обертанні так, щоб її центр ваги переміщався в потрібному напрямку.
Всі такі двигуни в різних видах розвивали ідею індійця Бхакскара (1150 г.). За описом можна уявити лише принципову схему двигуна. На окружності колеса під певним кутом до його радіусів закріплені на рівних відстанях замкнуті трубки, створюючи таким чином різницю ваги в правої і лівої частин колеса.
Усі наступні проекти механічних perpetuum mobile як з рідкими, так і з твердими вантажами, по суті, повторювали одну і ту ж ідею: створити так чи інакше постійний перевага однієї сторони колеса над іншою і тим змусити його безперервно обертатися.
Велика увага, яку приділяли винахідники вічних двигунів спробам використовувати для них гідравліку, звичайно, не випадково.
Добре відомо, що гідравлічні двигуни були широко поширені в середньовічній Європі. Водяне колесо служило, по суті, основною базою енергетики середньовічного виробництва аж до XVIII століття.
В Англії, наприклад, по земельній опису було 5000 водяних млинів. Але водяне колесо застосовувалося не тільки в млинах; поступово його стали використовувати і для приводу молота в кузнях, ворота, дробарки, повітродувних міхів, верстатів, лісопильних рам і так далі. Однак «водяна енергетика» була прив'язана до певних місць річок. Тим часом техніка вимагала двигун, який міг би працювати скрізь, де він потрібен. Цілком природною тому була думка про водяному двигуні не залежно від річки, дійсно половина справи - використовувати напір води - була ясна. Тут накопичився достатній досвід.
Залишалася інша половина - створити такий натиск штучно.
Способи безперервно подавати воду знизу вгору були відомі ще з античних часів. Найдосконалішим з потрібних для цього пристроїв був архимедів гвинт.
Якщо з'єднати такий насос з водяним колесом, цикл замкнеться. Треба тільки для початку залити водою басейн нагорі. Вода, стікаючи з нього, буде крутити колесо, а насос, що приводиться від нього, знову подасть воду вгору. Таким чином, виходить гідравлічний двигун, що працює, так би мовити, «на самообслуговуванні». Ніякої річки йому не потрібно; він сам створить необхідний натиск і одночасно приведе в рух млин або верстат.
Для інженера того часу, коли поняття про енергію і законі її збереження ще не було, в такій ідеї не було нічого дивного. Безліч винахідників працювало, намагаючись втілити її в життя. Тільки деякі уми розуміли, що це неможливо; одним з перших серед них був універсальний геній - Леонардо да Вінчі. У його зошитах було знайдено ескіз гідравлічного вічного двигуна.
Машина складається з двох, пов'язаних між собою пристроїв А і В, між якими встановлена чаша, що заповнюється водою. Пристрій А являє собою архимедів гвинт, що подає воду з нижнього резервуара в чашу.
Пристрій У обертається, що приводиться в рух водою, що зливається з чаші, і крутить насос А - архимедів гвинт; відпрацювала вода зливається знову в резервуар.
4. Парадоксальність існування вічного двигуна
Не можна одержати енергії одного виду більше, ніж іншого при будь-яких перетвореннях енергії, тому що це суперечить закону збереження енергії. У зв'язку з цим не можна створити вічний двигун, тобто такий двигун, в якому в результаті перетворення енергії одного виду її виходить більше, ніж було.
Так званий вічний двигун займає в історії науки і техніки особливе і дуже помітне місце, незважаючи на те, що він не існує і існувати не може. Цей парадоксальний факт пояснюється перш за все тим, що пошуки винахідників вічного двигуна, що тривають більше 800 років, пов'язані з формуванням уявлень про фундаментальному понятті фізики - енергії. Більш того, боротьба з помилками винахідників вічних двигунів і їх вчених захисників в значній мірі сприяла розвитку і становленню науки про перетворення енергії - термодинаміки. У всіх без винятку авторів, які писали про вічний двигун, основна увага приділялася так званому вічного двигуна першого роду, яким займалися винахідники колишніх часів.
Вічні двигуни другого роду, які намагаються створити теперішні винахідники, майже не розглядаються. Тим часом саме тут знаходиться центральний пункт полеміки, пов'язаної з пропозиціями про створення «інверсійних» енергетичних пристроїв, що можуть, нібито, забезпечити людство енергією навічно і без витрачання будь-яких відновлювальних і невідновлюваних ресурсів.
Ось як писав про значення для людства вічного двигуна французький інженер Саді Карно: "Загальне і філософське" perpetuum mobile "містить в собі не тільки уявлення про рух, що після першого поштовху продовжується вічно, але дія приладу-небудь зборів, здатного розвивати в необмеженій кількості рушійну силу, здатну виводити послідовно зі спокою всі тіла природи, якби вони в ньому знаходилися, порушувати в них принцип інерції, здатного, нарешті, черпати із самого себе необхідні сили, щоб прив сті руху усьому Всесвіту, підтримувати і безперервно прискорювати її рух. Такою була б дійсне створення рушійної сили. Якби це було можливо, то стало б марним шукати рушійну силу в потоках води і повітря, у пальному матеріалі, ми мали б нескінченне джерело, з якого могли б нескінченно черпати. »
Дійсно, положення про неможливість здійснення вічного двигуна першого роду очевидно для сучасної людини, який зі шкільних років знає закон збереження енергії. Закон збереження енергії був сформульований ще в 1748 році М.В. Ломоносовим, який писав: «так, коли де убуде трохи матерії, то збільшиться в іншім місці; Цей загальний природний закон простирається й у самі правила руху, бо тіло, рушійне своєю силою інше, стільки ж отої у себе втрачає, скільки повідомляє іншому тілу, яке від нього рух отримує. »
При розгляді ідеї вічного двигуна другого роду потрібно не тільки виявити протиріччя з законом природи, а й переконати в непорушності самого цього закону. Однак другий закон термодинаміки далеко не так очевидний, як закон збереження енергії.
висновок
Вічний двигун - уявне пристрій, що дозволяє отримувати корисну роботу, більшу, ніж кількість повідомленої йому енергії (ККД більше 100%).
Існує кілька видів вічних двигунів. Вічний двигун першого роду - уявна пристрій, здатний нескінченно здійснювати роботу без витрат палива або інших енергетичних ресурсів. Відповідно до закону збереження енергії, всі спроби створити такий двигун приречені на провал. Неможливість вічного двигуна першого роду постулюється в термодинаміки як перший початок термодинаміки.
Вічний двигун другого роду - уявна машина, яка, будучи пущена в хід, перетворювала б у роботу все тепло, що витягають із навколишніх тіл. Неможливість вічного двигуна другого роду постулюється в термодинаміки в якості однієї з еквівалентних формулювань другого закону термодинаміки.
І перше, і друге початку термодинаміки були введені як постулати після багаторазового експериментального підтвердження неможливості створення вічних двигунів. З цих почав виросли багато фізичні теорії, перевірені безліччю експериментів і спостережень, і у вчених не залишається ніяких сумнівів в тому, що дані постулати вірні і створення вічного двигуна неможливо.
Список використаної літератури
1. Вознесенський Н. Н. Про машинах вічного руху. М., 1996.
2. Ихак-Рубінер Ф. Вічний двигун. М., 1999..
3. Кирпічев В. Л. Бесіди з механіки. М .: Гітл, 2006.
4. Мах Е. Принцип збереження роботи: Історія і корінь його. СПб., 2007.
5. Міхал С. Вічний двигун вчора і сьогодні. М .: Мир, 1984.
6. Орд-Хьюм А. Вічний рух. Історія однієї нав'язливої ідеї. М .: Знание, 1980.
7. Перельман Я. І. Цікава фізика. Кн. 1 і 2. М .: Наука 2009.
|