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

Вечные двигатели у каких машин

Вечный двигатель

Ве́чный дви́гатель (лат. perpetuum mobile ) — воображаемое неограниченно долго действующее устройство, позволяющее получать большее количество полезной работы, чем количество сообщённой ему извне энергии (вечный двигатель первого рода) или позволяющее получать тепло от одного резервуара и полностью превращать его в работу (вечный двигатель второго рода) [2] [3] . Создать вечный двигетель невозможно, так как его работа противоречила бы соответственно первому или второму закону термодинамики [4] [5] [6] [7] .

Однако, можно создать механизмы, способные работать хотя и не бесконечно, но неопределённо долго (до износа своих составных частей) без вмешательства человека. В отличие от вечного двигателя, они не нарушают законов термодинамики, поскольку черпают энергию из окружающей среды (например, это может быть энергия Солнца или радиоактивного распада) [⇨] .

Содержание

  • 1 Современная классификация вечных двигателей
  • 2 История
  • 3 Конструкции вечных двигателей из истории
  • 4 Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель
  • 5 Известные изобретатели вечных двигателей
  • 6 Псевдовечный двигатель
    • 6.1 Разновидности
    • 6.2 Экономическая эффективность
    • 6.3 Пример псевдовечного двигателя 2-го рода
  • 7 См. также
  • 8 Примечания
  • 9 Литература
  • 10 Ссылки

Современная классификация вечных двигателей

  • Вечный двигатель первого рода — неограниченно долго действующее устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.
  • Вечный двигатель второго рода — неограниченно долго действующая машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики[8] .

И первое, и второе начала термодинамики были введены как постулаты после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у учёных не остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно. В частности, второе начало термодинамики может быть сформулировано как один из следующих (эквивалентных) постулатов:

  1. Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счёт охлаждения теплового резервуара.
  2. Постулат Клаузиуса — самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к более горячим невозможен.

Демон Максвелла и броуновский храповик, если бы такие устройства были осуществимы, позволили бы реализовать вечный двигатель второго рода. Однако доказано, что работа таких систем как замкнутых (без обмена энергией с внешней средой) невозможна [ уточнить ] .

История

Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде [9] . В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своём стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикреплёнными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе» [10] . Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики, приблизительно к XIII веку. К XVI—XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран.

Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя, но в целом он скептически относился к идее вечного двигателя. [10]

Конструкции вечных двигателей из истории

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет уравновешивать или превосходить силу, действующую на остальные баки.

Читать еще:  Шкода октавия на горячем двигателе плавают обороты

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания [11] . Патентное ведомство США не выдаёт патенты на perpetuum mobile уже более ста лет [12] . Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/04) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей.

Известные изобретатели вечных двигателей

  • Бесслер, Иоганн Эрнст Элиас
  • Дзамбони, Джузеппе

Псевдовечный двигатель

Псевдовечный двигатель (даровой двигатель, мнимый вечный двигатель [13] , псевдо-вечный двигатель [14] ) — механизм, способный работать неопределённо долго (до износа своих составных частей) без вмешательства человека, но, в отличие от вечного двигателя, не нарушающий законов термодинамики. Энергию он черпает из окружающей среды (например, это может быть энергия Солнца или радиоактивного распада).

Разновидности

Известны псевдовечные двигатели, использующие: энергию периодических суточных колебаний атмосферного давления [15] [16] ; энергию теплового расширения вследствие суточных колебаний температуры [17] [16] ; энергию распада радия [18] ; солнечную энергию (магнитно-тепловой двигатель) [19] [20] .

Экономическая эффективность

Я. И. Перельман [17] и Н. В. Гулиа [16] пишут, что даровые двигатели экономически невыгодны для промышленного применения из-за малой стоимости производимой энергии по сравнению с капитальными вложениями в их создание и обслуживание.

Например, для завода часов на сутки работы нужна энергия 1 , 5 5> Дж. Если этот механизм проработает 10 лет, то за свой срок службы он выработает энергии 1 , 5 ⋅ 365 ⋅ 10 = 5500 5cdot 365cdot 10=5500> Дж. При стоимости механизма в 10 долларов себестоимость производства одного киловатт-часа энергии с его помощью составит 3 , 6 ⋅ 10 6 5500 ⋅ 10 = 6 , 5 6cdot 10^<6>><5500>>cdot 10=6<,>5> тыс. долларов [16] .

В. М. Бродянский считает этот вывод неверным, поскольку стоимость устройства не пропорциональна его размерам [14] .

Пример псевдовечного двигателя 2-го рода

Анализ конкретной конструкции вечного двигателя 2-го рода может представлять собой нетривиальную задачу, особенно если речь идёт о конструкции сложной или такой, принцип действия которой на первый взгляд вообще непонятен, либо потоки энергии и их источник неочевидны. Зафиксируем, например, один конец работающей на изгиб биметаллической пластины, а ко второму концу подвесим груз и поместим получившуюся конструкцию на открытый воздух. За счёт колебаний температуры пластина будет изгибаться/распрямляться, а груз подниматься и опускаться, то есть устройство будет совершать работу. Заменив груз на храповой механизм, получим механический привод, способный выполнять полезную работу за счёт извлечения энергии из единственного теплового резервуара — окружающей среды. Но поскольку окружающая среда попеременно выступает в качестве то нагревателя, то охладителя, противоречие со вторым законом термодинамики отсутствует. Таким образом, рассмотренная конструкция представляет собой не вечный, а псевдовечный двигатель 2-го рода [21] .

10 механизмов, которые должны были стать вечным двигателем

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

1. Батарейка Карпена

В 1950 году румынский инженер Николае Василеску-Карпен изобрел батарею, которая работает уже 65 лет. Работающая до сих пор батарея сейчас хранится в Национальном техническом музее Румынии, но до сих пор никто не смог объяснить — каким именно образом и на каких принципах действует «термоэлектрическая батарея, работающая при постоянной температуре». После недавних измерений было установлено, что батарея выдает напряжение в 1 вольт, точно так же, как и в 1950 году. Может быть, когда ученые разгадают, что все же сделал Карпен, удастся сделать настоящий вечный двигатель.

2. Энергетическая машина Джо Ньюмана

В 1911 году Бюро патентов США приняло решение не выдавать патенты на «устройства вечного движения или свободной энергии», потому что «научно доказано, что невозможно создать такую вещь». Для некоторых изобретателей это стало дополнительным вызовом и стимулом продолжать работу. В 1984 году Джо Ньюман пришел на CBS Evening News, чтобы показать «то, что должно изменить мир» — вечный двигатель, который работал без использования энергии или производил больше энергии, чем использовал.

Национальное бюро стандартов испытало его устройство, которое состояло в основном из аккумулятора, заряжаемого с помощью магнита, вращающегося внутри катушки из проволоки. Оказалось, что все претензии Ньюмана беспочвенны.

3. Водяной винт Роберта Фладда

Роберт Фладд — ученый и алхимик, который написал множество трудов и опубликовал ряд изобретений на рубеже 17-го века. Его версия вечного двигателя — водяное колесо, которое может молоть зерно, работая благодаря постоянной рециркуляции воды. Фладд назвал его «водяным винтом». Появившиеся в 1660 году гравюры на дереве с описанием его идеи считаются первыми рисунками или иллюстрациями вечных двигателей. Излишне говорить, что устройство не работало.

4. Колесо Бхаскара

Одна из самых ранних ссылок на вечные двигатели датируется 1150 годом. Математик и астроном Бхаскара описал в своих трудах концепцию «вечно вращающегося колеса». Его устройство выглядело как колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Якобы оно должно было постоянно вращаться из-за разницы моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах. На протяжении веков появлялось множество вариантов колеса, которые основывались на идее Бхаскара. Концепция стала настолько популярной, что вечные двигатели в форме колеса были замечены в более поздних исламских и европейских трудах.

5. Часы Кокса

Когда знаменитый лондонский часовщик Джеймс Кокс построил свои «вечно идущие часы» в 1774 году, то он заявил, что их никогда не нужно будет заводить. Несмотря на столь грандиозное заявление, презентация этой новой технологии была проведена с использованием элементов мистики (так было модно на то время). Несмотря на то, что часы Кокса все же не являлись вечным двигателем, они имели без преувеличения гениальный механизм, который работал на основании перепадов атмосферного давления.

Читать еще:  Выдавливание масла из двигателя причины

6. Тестатика Пауля Бауманна

Часовщик Пауль Бауманн основал духовное сообщество Месерница в 1950 году. Члены этой религиозной секты воздерживаются от алкоголя, наркотиков и табака, а также община полностью самодостаточна и экологически чистая. Чтобы достичь подобного, они якобы используют чудесный вечный двигатель, созданный их основателем. Тестатика предположительно может собирать неиспользуемую электрическую энергию и превращать ее в энергию для нужд коммуны.

Поскольку сообщество не допускает посторонних людей к машине, находящейся в закрытом здании, ученые не смогли изучить принципы работы этого агрегата, мощность которого составляет более 750 Киловатт. Схему Тестатики Пауль якобы получил во время таинственного озарения, отбывая тюремный срок в камере-одиночке. Попытки энтузиастов сделать подобные аппараты не привели ни к чему.

7. Колесо Бесслера

Иоганн Бесслер начал свои исследования концепции вечного движения, основываясь на концепции колеса Бхаскара. 12 ноября 1717 года Бесслер закрыл свое изобретение в комнате, запер дверь и поставил возле двери охрану. Когда комната была открыта две недели спустя, 3,7-метровое колесо по-прежнему вращалось. Комната снова была заперта, а следующий раз открыта в начале января 1718 года. Колесо все еще вращалось.

К сожалению, Бесслер был очень скрытен и неуравновешен. Когда один инженер прокрался поближе к колесу, чтобы взглянуть на него, Бесслер уничтожил свое изобретение. Впоследствии он как-то написал, что он уничтожил все доказательства, чертежи и рисунки своего вечно вращающегося колеса, но добавил, что любой, кто будет достаточно умен и смекалист, сможет понять его изобретение.

8. Двигатель НЛО Отиса Т. Карра

Изобретение OTC Enterprises, Inc. и его основателя Отиса Карра было включено в Реестр объектов авторских прав в 1958 году, несмотря на то, что Патентное ведомство США уже давно не принимало любые патенты на вечные двигатели, поскольку такие устройства не существуют. Карр зарегистрировал все изобретение как «бесплатную энергосистему». На самом деле это был «двигатель НЛО».

В 1959 году OTC Enterprises должен был провести первый рейс своего «космического аппарата, использующего четвертое измерение, с питанием от вечного двигателя». Двигательная установка якобы была способна бесконечно производить энергию, генерируя ее из окружающего пространства во время полета. Ни одной записи об испытании не сохранилось, а правительство США быстро заявило, что проект является фикцией.

9. Вечный двигатель Корнелиуса Дреббеля

Дреббель впервые продемонстрировал свою машину в 1604 году и поразил всех, в том числе королевскую семью Англии. Машина была чем-то вроде хронометра, но ее не нужно было заводить, а также она показывала дату и фазы Луны. В движение механизм приводился, подобно часам Кокса, разностью потенциалов температуры или атмосферного давления. Также Дреббель заявил, что в его устройстве использовался «огненный дух воздуха».

10. Антигравитационная машина Дэвида Хэмела

Дэвид Хэмел, простой плотник без формального образования, заявил, что он был избран, чтобы стать хранителем машины свободной энергии, которую можно использовать в космических кораблях. Информацию, «способную изменить мир, он получил после встречи с инопланетянами из планеты Клэден». Хэмел утверждает, что его вечный двигатель использует ту же энергию, которую паук использует, чтобы перейти с одного паутинки на другую. Якобы эти скалярные силы сводят на нет силу тяжести.

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

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.

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.

Читать еще:  Что такое масляный картер двигателя

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

Особенности двигателя TSI

Силовыми агрегатами TSI комплектуются все современные модели Volkswagen. Аббревиатура от Turbo Stratified Injection обозначает двигатель, в котором впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндр, а воздух нагнетается двойным турбонаддувом.

В результате эксплуатационные характеристики мотора более высокие, чем у двигателя с обычной турбиной, но из-за этого ему требуется более качественное обслуживание, которое нереально осуществить в кустарных условиях.

Этот тип двигателя самый популярный среди автомобилей Volkswagen. На Passat В8, Passat СС, Tiguan устанавливают сейчас (2016 года) только двигатели типа TSI. На Golf и Jetta кроме TSI устанавливают также MPI. Единственная модель, которая не комплектуется TSI — Туарег.

Каким образом работает двойной турбонаддув?

Для понимания принципа действия двойного турбонаддува стоит рассмотреть, как формируется воздушно-топливная смесь на разных оборотах:

  • до 2 400 об/мин работает исключительно механический компрессор, а турбокомпрессор простаивает, поскольку нет необходимости в дополнительной мощности и недостаточно давления выхлопных газов;
  • от 2 400 до 3 500 об/мин для нагнетания воздуха подключается турбокомпрессор, но только если электроника регистрирует очень динамичное увеличение потребности в мощности, к примеру, при резком старте с места;
  • от 3 500 об/мин и выше заслонка турбокомпрессора полностью открыта и он один работает на нагнетание воздуха.

В результате такого комплексного подхода становится возможным тонкое изменение мощности двигателя в большом диапазоне оборотов. Практически отсутствует «турбояма», которая характерна для силовых агрегатов с классической турбиной. В механическом нагнетателе используется редуктор, благодаря которому скорость вращения компрессора достигает 17 500 об/мин для наиболее эффективного давления в системе подачи воздуха.

Особенности охлаждения моторов TSI

Здесь применяется система охлаждения из двух контуров: один для головки блока цилиндров, а второй для самого блока. Количество охлаждающей жидкости в 2 раза больше в головке цилиндров, чтобы быстрее выполнялся прогрев и снижалась вероятность её перегрева, поскольку она изначально нагревается более интенсивно, чем блок цилиндров. Дополнительно система оснащена двумя термостатами, которые срабатывают при температуре в 80 и 95 °C.

Для охлаждения турбины используется еще более интересная схема. Дополнительный водяной насос с электроприводом охлаждает её в течение еще 15 мин. после остановки двигателя. В результате сложный механизм никогда не перегревается, что увеличивает его ресурс.

Недостатки технологии

Наибольшим минусом этих двигателей является их относительно плохой прогрев в холодное время года. Классическая схема разогрева на холостых оборотах в минусовую температуру малоэффективна — вам придётся долго ожидать тепла из дефлектора отопителя. В такую погоду на рабочую температуру мотор выходит достаточно долго даже при езде. К сожалению, такая плата за отменные рабочие параметры этих силовых агрегатов.

Рекомендации по эксплуатации

Любая вещь, созданная человеком, рано или поздно придёт в негодность и даже такие качественные двигатели не вечны. Однако если вы будете использовать качественные расходники и уделите пристальное внимание на состояние цепи ГРМ, то детище немецких инженеров не будет расстраивать вас форс-мажорными поломками в течение многих десятков тысяч километров.

Нюанс с долгим прогревом можно просто решить. Достаточно установить автономный предпусковой подогреватель мотора. Ведь такие приспособления уже не первое десятилетие используются в грузовиках и в нашем случае они помогут вам не мёрзнуть во время коротких зимних поездок.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector