4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вечные двигатели и какие они бывают

Вечный вопрос вечного двигателя

Вечный двигатель уже многие века не дает покоя ученым и инженерам. Еще бы, идея создать устройство, которое будет постоянно работать, не тратя при этом энергии, кажется очень заманчивой. Реально ли его создать, рассказывают ученые.

Что такое вечный двигатель?

Вечный двигатель или Perpetuum Mobile – это устройство воображаемое. Некоторые считают, что теоретически можно создать машину, которая будет бесконечно совершать работу без затрат каких-либо энергетических ресурсов. В то же время, постепенно ученые разочаровывались в этой идее и признавали, что от попыток создать такое устройство лучше отказаться, потому что они бессмысленны. Невозможность создать вечный двигатель постулируется как первое начало термодинамики. Но до сих пор идея вечного двигателя вызывает повышенный интерес.

Идеальный вечный двигатель должен проработать до окончания Большой заморозки (Big Freeze). Сторонники этой теории считают, что до скончания времени Вселенная будет расширяться с очень плавным ускорением. Этот процесс и называется Большой заморозкой, и когда он завершится, наступит конец всего. Когда это произойдет, точно не установлено, но у нас есть еще приблизительно 100 триллионов лет. Так вот, вечный двигатель должен работать как минимум столько же, чтобы считаться настоящим вечным двигателем.

Какими бывают вечные двигатели?

Perpetuum Mobile делятся на двигатели первого рода и второго рода. Двигатели первого рода могли бы функционировать без топлива — и вообще без энергетических затрат, которые возникают, например, при трении деталей механизма друг о друга. Двигатели второго рода могли бы извлекать тепло из более холодных окружающих тел и использовать эту энергию в работе.

Есть много проектов в Интернете, которые утверждают, что работают над конструкцией вечного двигателя. Однако если изучить эти проекты внимательно, становится понятно, что они все очень далеки от идеи вечного двигателя. Но если кому-то удастся сделать такое устройство, последствия будут ошеломляющими. Считается, что мы получим вечный источник энергии – бесплатной энергии.

К сожалению, согласно фундаментальным законам физики нашей Вселенной, создание вечного двигателя невозможно.

Почему создание вечного двигателя невозможно?

Вероятно, есть много людей, которые скажут «никогда не говори «никогда», особенно, если речь идет о науке». В какой-то степени это справедливо. Но если окажется, что вечный двигатель создать возможно, это перевернет физику, которую мы знаем. Окажется, что мы во всем были неправы и ни одно из наших предыдущих наблюдений не имеет никакого смысла.

Первый закон термодинамики -– закон сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может быть ни создана, ни уничтожена – она просто переходит из одной формы в другую. Для того, чтобы держать механизм в постоянном движении, приложенная энергия должна остаться в этом механизме без каких-либо потерь. Ровно поэтому создание вечного двигателя невозможно.

Для того, чтобы построить вечный двигатель первого рода, мы должны выполнить несколько условий:

  1. У машины не должно быть никаких «трущихся» частей, любые движущиеся части не должны касаться других частей, так как иначе между ними возникнет трение. Это трение в конечном счете приведет к тому, что машина начнет терять энергию. При соприкосновении частей возникает тепло, и именно это тепло и есть энергия, потерянная машиной. Вы скажете, что тогда нужно сделать устройство с гладкой поверхностью, чтобы не возникало трение. Но это невозможно, так как не бывает совершенно гладких объектов.
  2. Машина должна работать в вакууме, без воздуха. Это исходит из первого условия. Эксплуатация машины в любом месте заставит ее терять энергию из-за трения между движущимися частями и воздуха. Хотя потери энергии из-за трения воздуха очень малы, для вечного двигателя это серьезная проблема. Если есть хотя бы минимальные потери энергии, машина начнет останавливается и в конце концов остановится совсем из-за этих потерь, даже если это займет очень много времени.
  3. Машина не должна издавать никаких звуков. Звук также форма энергии, и если машина издает любой звук, это означает, что она также теряет энергию.

Двигатели второго рода, которые используют теплоту окружающих тел, не противоречат закону сохранения энергии. Однако эти хитрые конструкции бессильны против второго начала термодинамики: в замкнутой системе самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к горячим невозможен. Для этого необходим некий посредник. А для работы посредника необходима энергия из внешнего источника. Кроме того, в природе не существует по-настоящему обратимы

Но самое главное, создание вечного двигателя может оказаться бессмысленным. Люди рассчитывают, что если такое устройство будет сделано, мы получим бесплатный источник энергии. Но так ли это? На самом деле, мы получим ровно столько энергии, сколько направим в этот двигатель. Мы ведь помним, что согласно законам физики, которые пока не опровергнуты, энергия не может быть создана из ничего, она может быть только преобразована. Так что, выходит, вечный двигатель – это бесполезное устройство.

Почему вечный двигатель невозможен

Когда речь заходит о вечном двигателе, главная проблема — путаница в формулировках. Почему-то некоторые считают, что вечный двигатель – это машина, которая движется постоянно, что она никогда не останавливается. Эта правда, но лишь отчасти.

Действительно, если вы однажды установили и запустили вечный двигатель, он должен будет работать до «скончания времён». Назвать срок работы двигателя «долгим» или «продолжительным» – значит сильно преуменьшить его возможности. Однако, ни для кого не секрет, что вечного двигателя в природе нет и не может существовать.

Читать еще:  Бензиновый двигатель своими руками простой

Но как же быть с планетами, звездами и галактиками? Ведь все эти объекты находятся в постоянном движении, и это движение будет существовать постоянно, до тех пор пока существует Вселенная, пока не наступит время вечной, бесконечной, абсолютной темноты. Это ли не вечный двигатель?

Именно при ответе на этот вопрос и вскрывается та путаница в формулировках, о которой мы говорили в начале. Вечное движение не есть вечный двигатель! Само по себе движение во Вселенной «вечно». Движение будет существовать до тех пор, пока существует Вселенная. Но так называемый вечный двигатель — это устройство, которое не просто движется бесконечно, оно еще и вырабатывает энергию в процессе своего движения. Поэтому верно то определение, которое даёт Википедия:

Вечный двигатель — это воображаемое устройство, вырабатывающее полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой этому устройству энергии.

В интернете можно найти множество проектов, которые предлагают модели вечных двигателей. Глядя на эти конструкции, можно подумать, что они способны работать без остановки, постоянно вырабатывая энергию. Если бы нам действительно удалось спроектировать вечный двигатель, последствия были бы ошеломляющими. Это был бы вечный источник энергии, более того, бесплатной энергии. К сожалению, из-за фундаментальных законов физики нашей Вселенной, создание вечных двигателей невозможно. Разберёмся, почему это так.

Физика работы вечного двигателя

В нашей Вселенной безраздельно властвует закон сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия всегда сохраняется. Это означает, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Вместо этого она просто переходит из одного состояния в другое. Чтобы движение осуществлялось постоянно, энергия системы должна всегда оставаться постоянной и никуда не выделяться. Из одного этого факта следует, что вечный двигатель построить нельзя.

Почему? Чтобы поддерживать постоянное движение, мы должны соблюсти много требований к нашему устройству:

  1. Машина не должна иметь каких-либо «трущихся» частей. Любая движущаяся часть не должна касаться других деталей. Трение, которое будет создано между деталями, в конечном счете приведёт к тому, что двигатель потеряет свою энергию. Создание гладкой поверхности недостаточно, так как не существует идеально гладких объектов. Тепло всегда будет генерироваться при трении двух частей (образование тепла требует энергетических затрат, поэтому двигатель будет терять энергию).
  2. Машина должна работать в вакууме (без воздуха). Этот пункт напрямую связан с причиной, указанной в предыдущем пункте. Эксплуатация машины не в вакууме приведет к потере ее энергии за счет трения между движущимися частями и воздухом. Хотя потеря энергии из-за трения деталей двигателя о воздух очень мала, помните, что мы говорим о вечных двигателях. То есть, если существует малейший механизм потерь, то двигатель в конце концов потеряет свою энергию (даже если это займет очень много времени).
  3. Двигатель не должен воспроизводить звук. Звук также является формой передачи энергии. Если машина издает какие-либо звуки, это ведёт к потере энергии. Хотя эта проблема исчезнет, если двигатель будет работать в вакууме, поскольку в вакууме звук распространяться не может.

И даже если предположить, что когда-нибудь мы сможем соблюсти все эти условия и построить такое устройство, которое будет двигаться вечно. Сможем ли мы получать из него энергию? Да, но только ту энергию, которая использовалась для приведения этого устройства в движение. Вечный двигатель в реальной жизни будет просто хранить изначально переданную ему энергию. Мы должны помнить, что энергия не может быть создана; она всегда лишь преобразуется из одной формы в другую. Так что, если вам удастся построить идеальную машину, способную двигаться вечно, вам понадобится энергия, чтобы запустить её. Это единственная энергия, которую вы сможете в конечном итоге получить обратно.

Материал подготовлен репетитором по физике на Юго-Западной Сергеем Валерьевичем

Исследовательская работа по физике

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Виткуловская средняя общеобразовательная школа

Исследовательская работа по физике

«Вечный двигатель»

Работу выполнил: ученик 7 класса Блинов Никита

Руководитель: учитель физики Макарова Марина Борисовна

Данная работа посвящена исследованию значения и происхождения

«вечного двигателя», так как существует множество правдоподобных теорий, мифов, устройств даже вполне серьезных научных работ посвященных тематике вечного двигателя. И мне хотелось бы знать, где они могли бы быть использованы.

Практическая часть работы включает результаты проведения школьного анкетирования, анализ осведомленности учащихся о значении и происхождении такого двигателя среди учащихся 7-9 классов и показ модели вечного двигателя (автоматическая поилка для цветов)

Глава 1. Есть ли польза от вечного двигателя

1.1. История создания вечных двигателей

1.2. Какими они бывают.

1.3 Альтернативная энергия

Глава 2. Практическая часть

2.2.Модель «вечного двигателя»

Источники и использованная литература

Мы живём в мире науки и прогресса. В настоящее время вечного двигателя до сих пор не создано, однако существует множество правдоподобных теорий, мифов, устройств даже вполне серьезных научных работ посвященных тематике такого двигателя.

Сначала надо понять, что из себя должен представлять такой двигатель в целом. Почему так много людей занимающихся разработкой этого двигателя?

Не следует забывать, что изобретатели вечного двигателя были по существу, первыми энергетиками. Я уверен, что тот кто пытался создать вечный двигатель ,с большой вероятностью станет настоящим изобретателем ,чем тот кто, этим пренебрег. Ведь конструирование простых механизмов и тем более комбинирование их в более сложные –само по себе невозможно без элементарных знаний механики и законов природы .Кроме того ,развивается умение создавать конструкции в уме и переносить их на бумагу в понятном для других виде.

Читать еще:  Что значит кап ремонт двигателя

Цель – изучение значения и происхождения вечного двигателя.

Выявление информированности учащихся 7-9 классов о возможности создания вечного двигателя.

Для решения поставленной цели в работе ставятся следующие задачи:

провести литературный обзор по теоретическим вопросам темы исследования;

выявить уровень осведомленности учащихся 7-9 классов о значении вечного двигателя.

статистически обработать результаты исследования.

показать модель вечного двигателя

анализ справочной, научной литературы;

количественный и качественный анализ данных исследования.

Объект исследования : вечный двигатель

Предмет исследования : значения и происхождения вечного двигателя.

Гипотеза : Какое значение в науке имеет вечный двигатель. Возможно ли создание такого двигателя, одного из нетрадиционных источников энергии.

Актуальность и практическая значимость темы объясняется повышенным интересом к проблеме создания альтернативных источников энергии – например, вечного двигателя.

Глава 1. Есть ли польза от вечного двигателя.

История создания вечных двигателей

Что-же такое « вечный двигатель» ? На этот вопрос можно дать несколько ответов. Даже идею вечного двигателя многие считают беспочвенной фантазией и бессмыслицей, которая многих сбила с правильного пути. Физик скажет, что вечный двигатель представляет собой двигатель, который, будучи однажды приведен в движение, сам по себе удерживается в этом состоянии сколь угодно долго и при этом, в случае необходимости способен еще совершать полезную работу. Но что подразумевается под словами «сколь угодно долго»? Означает ли это «вечно, всегда»? А что следует понимать под выражением «сам по себе»? Если заменить его, например, словами «собственной силой», то откуда и как возникает эта сила? Сейчас разберёмся.

Умные люди ещё тысячу лет назад пытались создать вечный двигатель, строили множество гипотез по этому поводу, но ничего не получалось. Теория так и оставалась теорией.

«Эпидемия» разразилась в Англии и во Франции в середине 17 века. В 1678г. во Франции даже издавался научный журнал, в котором систематически публиковалась информация о вечных двигателях. С развитием машинного производства изобретателей перпетуум-мобиле стало заметно больше. Создавали такие двигатели не для собственного удовольствия, а в надежде на применение. Такими проектами были завалены правительственные и научные учреждения, газеты, журналы. В свою очередь, закон сохранения энергии исключал возможность построения перпетуум-мобиле с получением энергии из ничего. Приведу краткую выдержку из ломоносовской трактовки этого закона 1748 г: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что если что-то к чему-либо присовокупится, то столько же и отнимется от чего-то другого»

В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. В решении было сказано: «Построение перпетуум-мобиле абсолютно невозможно. Если бы трение и сопротивление среды в течение длительного времени не смогли уничтожить двигательной силы, то эта сила могла бы произвести только эффект, равный причине…

«Производство» вечных двигателей даже после наложения вето отнюдь не прекратилось. В течение 150 последующих лет патентные ведомства стран Европы и США выдали на подобные механизмы около тысячи патентов.

В Росси с переходом на рыночную экономику в десятки раз сократился общий поток заявок на изобретения, а на вечные двигатели, как это ни странно, не уменьшился.

1.2. Какими они бывают.

Вечные двигатели делятся на два рода: двигатель первого рода и двигатель второго рода.

Вечные двигатели первого рода (самые древние), единожды приведенные в действие, будут постоянно совершать работу или движение без притока энергии извне. Что, естественно нереально, ибо создать из ничего или уничтожить энергию невозможно.

Вечный двигатель второго рода – воображаемая периодически действующая тепловая машина, которая совершает работу, полностью преобразуя теплоту, получаемую от источника, в механическую энергию. Действие такого двигателя не противоречит закону сохранения энергии, но нарушает второе начало термодинамики, поэтому двигатель неосуществим. К этому добавим: просто потому, что «второе начало» термодинамики не допускает самопроизвольный переход тепла от менее нагретого тела к более нагретому и превращения тепловой (внутренней) энергии в механическую. Но энергию можно преобразовывать не полностью, а частично. Ведь второе начало термодинамики рассматривает энергию в замкнутых системах. Но мы существуем в открытой системе, где запас энергии в окружающей среде практически неисчерпаем. Поэтому изобретатель, подчас сам того не понимая, использует энергию внешней среды. При этом создается впечатление, что дополнительная работа появляется из ничего. Изобретатели вечного двигателя не стремятся создавать энергию из ничего. Они проектируют, конструируют и сооружают механизмы для выполнения «даровой» работы.

Вечные двигатели и какие они бывают

На этой странице мы проанализируем два крайних идеальных случая — обычное колесо и идеальный механический вечный двигатель с круговым движением. Поскольку такие конструкции по сути обыгрывают принцип водяной мельницы, колесо которой вращается благодаря разности моментов силы на рабочей стороне, куда льётся поток воды, и на противоположной стороне обратного хода, свободной от такой нагрузки, то их иногда называют «мельницами» , хотя, конечно, они ничего не молотят. Я тоже время от времени использую этот термин.

Вращение обычного колеса

Прежде чем начинать изобретать, стоит рассмотреть, как ведёт себя самое обычное колесо, поставленное вертикально и вращающееся вокруг горизонтальной оси. Предположим, что практически вся масса сосредоточена в его ободе, а трение в подшипнике на оси очень мало (среди реальных устройств к такой модели очень близко переднее велосипедное колесо — без трещёток и тормозов). Хотя в таком колесе нет дискретных элементов, в качестве рабочего элемента можно рассмотреть любой достаточно малый кусочек сплошного обода (число таких элементов, соответственно, будет равно отношению длины этого кусочка к общей длине обода колеса). Эквивалентной моделью такого рабочего элемента будет груз, вес которого равен весу выбранного кусочка обода, вращающийся в вертикальной плоскости вокруг шарнира на жёстком рычаге, длина которого равна радиусу колеса — именно то, что рассматривалось при знакомстве с вращающим моментом.

Читать еще:  Arcanum как сломать паровой двигатель

Как видно из рисунка, ровно половину рабочего цикла груз ускоряется, двигаясь из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ), а другую половину — тормозится при обратном движении. Если бы не было потерь на трение и сопротивление среды, он мог бы вращаться вечно, но, к сожалению, в реальной жизни так не бывает. Тем не менее, расчёт для идеального случая показывает нулевую суммарную работу.

Подробная таблица пошагового изменения моментов для равномерного кругового движения cама по себе не представляет большого интереса, однако является своего рода эталоном при сравнении с аналогичными таблицами для других конструкций, позволяя сразу видеть, где они выигрывают, а где проигрывают по сравнению с обычным колесом.

Идеальный вечный двигатель с круговым движением

Итак, в случае с обычным колесом всё портит обратный ход — возвращение от НМТ к ВМТ. Поэтому логично предположить, что в идеальном механическом вечном двигателе следует не просто что-то сделать с обратным ходом, а вообще устранить его, — так, чтобы груз каким-либо чудесным образом переходил из НМТ в ВМТ без затрат энергии.

Чуть более технически реальным по сравнению со скачком из НМТ в ВМТ (при том же суммарном результате) является организация перемещения груза в начале обратного хода из НМТ в центр конструкции, а в начале рабочего хода — из центра в ВМТ. В этом случае из-за нулевого плеча за время обратного хода груз не совершит никакой отрицательной работы, в то же время не потребуется скачкообразного изменения скорости и направления вращения всей конструкции в целом — об этом нельзя забывать, если предполагается составлять её из нескольких однотипных элементов. Вся беда в том, что и здесь вернуть груз на исходную позицию без затрат энергии вряд ли удастся — ведь для этого необходимо совершить работу против силы тяжести!

Полученное значение суммарной нормированной работы за вычетом погрешностей, неизбежных при использовании численных методов, равно 2. А это как раз и есть работа, которую может совершить единичный груз в однородном потенциальном поле, опустившись на величину диаметра, т.е. на удвоенный единичный радиус. Большей отдачи при использовании лишь одной гравитации (силы тяжести или силы Архимеда) получить невозможно в принципе, так что двигатель с такой схемой движения груза действительно являлся бы идеальным, вот только вернуть груз из НМТ в ВМТ без затрат энергии пока ещё никому не удавалось!

Подробная таблица пошагового изменения моментов для идеального перемещения груза в механическом гравитационном вечном двигателе в точности совпадает с первой половиной таблицы для обычного колеса, и также представляет интерес лишь как эталон для сравнения с аналогичными таблицами для других конструкций.

P.S. Всё вышесказанное представляется безусловно верным при попытке использовать одну лишь силу тяжести, поскольку в обычных условиях ни изменить её направление, ни экранировать не представляется возможным. Однако, не в последнюю очередь благодаря В.И.Богомолову, мне пришлось обратить пристальное внимание на центробежные силы, которые являются одним из проявлений инерции и во многих случаях действуют на вращающиеся тела подобно гравитационным, — в частности, они воздействуют распределённо на весь объём вещества, а не на на одну его точку или поверхность. Но в отличие от гравитации, изменить величину центробежных сил достаточно просто — при одной и той же скорости вращения приближение к центру вращения уменьшает центростремительное ускорение, а удаление от центра увеличивает его. Для того, чтобы вообще убрать их воздействие на тело, необходимо лишь вывести его из вращательного движения.

Однако при работе с центробежными силами следует обратить особое внимание на два момента. Во-первых, система отсчёта, связанная с вращающимся телом, является неинерциальной, и не все расчёты, применимые для инерциальных систем, можно переносить туда без существенной коррекции. Во-вторых, чем дальше от центра, тем больше кинетическая энергия вращающейся массы, а чем ближе к центру — тем она меньше. Поэтому нельзя считать, что можно просто взять медленно движущееся тело возле центра вращения, переместить его на периферию и черпать из этого море энергии — чтобы быть полноценно вовлечённым во вращение, на периферии тело должно разогнаться до скорости, соответствующей скорости вращения системы, а на это, очевидно, требуется затратить немало энергии. И всё-таки, во всех успешных конструкциях «вечных двигателей» в широком смысле этого слова, в которых в той или иной форме используется механическое движение и упоминания о которых можно считать хоть сколько-нибудь правдоподобными — от «Тестатики» и дисков Сёрла до двигателей Клема и Шаубергера, — использовалось достаточно быстрое вращение. Впрочем, я считаю, что и в этих случаях само вращение является не первичной причиной их работы, а лишь средством для достижения этого. ♦

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector