Вечен двигател, или на латински "perpetum mobile", е хипотетична машина, която може да функционира завинаги, след като й даде първоначален импулс и без необходимост от последващо подаване на енергия към нея.
Законите на термодинамиката
За да разберете дали perpetum mobile е възможен или невъзможен, трябва да запомните първите два закона на термодинамиката:
- Първият закон на термодинамиката казва: "Енергията не се създава, нито се унищожава, тя може само да преминава в различни състояния и форми." Тоест, ако се извършва работа върху дадена система или тя обменя топлина с външната среда, тогава нейната вътрешна енергия се променя.
- Вторият закон на термодинамиката. Според него „ентропията на Вселената има тенденция да се увеличава с времето“. Този закон показва в каква посока термодинамичният процес ще протича спонтанно. Освен това този закон предполага невъзможността за прехвърляне на енергия от един вид към друг без загуба.
Вечен двигател от първи и втори вид
Perpetuum mobile, или на латински perpetuum mobile, е от два вида:
- Вечен двигател от първия вид е машина, която постоянно работи без доставка на външна енергия и в същото време върши някаква работа. Тоест perpetum mobile от първия вид противоречи на първия закон на термодинамиката, поради което, между другото, беше наречен двигател от първия вид.
- Вечен двигател от втори вид е всяка машина, която работи с периодични цикли, преобразувайки един вид енергия в друг, например механична в електрическа и обратно, без никакви загуби в процеса на тази трансформация. Тоест, вечен двигател (perpetuum mobile) от втория вид противоречи на втория закон на термодинамиката.
Невъзможност за съществуване
Вечен двигател от първия вид противоречи на основния закон на физиката за запазване на енергията в изолирана система, следователно не може да съществува. Що се отнася до perpetuum mobile от втория вид, това също е невъзможно, тъй като във всеки работещ двигател енергията се разпръсква по различни начини, главно под формата на топлина.
Като се има предвид, че законите на термодинамиката са потвърдени от няколко века експерименти и експерименти и никога не са се провалили, можем спокойно да кажем, че всякакви проекти на вечни двигатели са измама. Такива проекти често възникват в различни религиозни кръгове, в които има вярвания за безкрайни източници на енергия и т.н.
Освен това, различни умствени"парадокси", които, изглежда, демонстрират ефективността на някои perpetuum mobile. Във всички тези случаи говорим за грешки в разбирането на законите на физиката, така че подобни умствени „парадокси“са поучителни.
Историческо търсене на вечни двигатели и тяхното значение за развитието на човечеството
Законите на термодинамиката са окончателно установени през втората половина на 19-ти век. Според тях никоя работеща машина не може да прехвърля енергия от едно състояние в друго с ефективност от 100%, да не говорим за постоянното подаване на енергия към други системи, без да я доставя на самата машина.
Въпреки това, много хора в хода на историята и до днес са търсили и продължават да търсят различни дизайни на работещи вечни двигатели, които могат да се сравнят с един вид "еликсир на младостта" в областта на механиката.
Всички дизайни на такива машини се основават на използването на различни тегла, ъгли, физични или механични свойства на специфични вещества, които могат да се движат постоянно и дори да създават излишно количество полезна енергия. Говорейки за модерното време и неговите огромни енергийни нужди, може да се разбере значението на perpetum mobile, който ще се превърне в истинска революция в развитието на човечеството.
Връщайки се назад в историята, първите известни проекти на вечни двигатели започват да се появяват в средновековна Европа. Смята се, че съответното изобретение в Бавария през 8-ми век става първият модел на вечен двигател.век сл. Хр.
Известни дизайни на вечни двигатели през Средновековието
За съжаление, нищо не се знае за съществуването на perpetum mobile проекти в обществата преди Средновековието. Не е запазена информация, че древните гърци или римляни са правили такива машини.
Най-древното изобретение на вечния двигател, известно на човечеството, е магическото колело. Въпреки че не са запазени снимки на това изобретение, исторически писмени източници казват, че то датира от времето на съществуването на Меровингската империя на територията на съвременна Бавария през 8-ми век. Някои историци обаче казват, че тази машина всъщност не е съществувала и че цялата информация за нея е легенда.
Бхаскара е известен индийски математик, който е признат за най-влиятелния учен от Средновековието на своя континент. Работата му върху диференциалните уравнения предхожда подобна работа на Нютон и Лайбниц с 5 века. Около 1150 г. Бхаскара изобретил колело, което трябвало да се върти завинаги. За съжаление, това изобретение никога не е било конструирано, но е първото несъмнено доказателство за опити за създаване на вечно движение.
Първото изобретение на вечен двигател в Европа е автомобилът на известния френски масон и архитект от XIII век Вилар дьо Онкур. Не се знае със сигурност дали изобретението му е конструирано, но в дневниците на Вилар дьо Онекорт намират изображение на неговия perpetuum mobile.
Легендарният инженер и изобретател от Флоренция, Леонардо да Винчи също създава няколко машини - вечни двигатели и в това отношение той изпреварва времето си с няколко века. Тези машини, разбира се, се оказаха неработоспособни и ученият стигна до заключението, че във физиката не могат да съществуват машини с вечно движение.
Вечни двигатели на новата ера
С настъпването на модерните времена изобретяването на вечния двигател се превръща в популярно забавление и много изобретатели прекарват времето си в създаването на такава машина. Този бум се дължи преди всичко на успеха в развитието на механиката.
Така италианският изобретател от 16-ти век Марк Зимара проектира постоянно работеща мелница, а холандецът Корнелиус Дреббел посвети едно от тези изобретения на английския крал. През 1712 г. инженерът Йохан Беслер анализира повече от 300 такива изобретения и решава да създаде свой собствен perpetum mobile.
В резултат на това през 1775 г. членовете на Кралската академия на науките в Париж издават указ, че няма да приемат никакви изобретения, свързани с темата за вечен двигател.
Мисловни експерименти
В теоретичната физика мисловните експерименти често се използват за тестване на фундаменталните физически закони. По темата за вечните двигатели могат да бъдат споменати следните проекти:
Демонът на Максуел. Говорим за нарушение на втория закон на термодинамиката, когато хипотетичен демон отделя смес от газове. Този мисловен експеримент позволяваразбере същността на ентропията на системата
Вечният двигател на Ричард Файнман, който работи чрез термични колебания и следователно може да работи завинаги. Всъщност той ще работи, докато околната среда има по-висока температура от самия двигател
Надеждата за създаване на вечен двигател най-накрая умря ли?
Не можем да кажем със сигурност, че никога няма да бъде изобретен механизъм, способен да работи завинаги, тъй като човечеството все още не знае много за Вселената, в която живее. Може би ще бъде открит вид екзотична материя, като черното вещество в космоса, за което не се знае почти нищо. Поведението на тази материя може да ни принуди да преразгледаме законите на термодинамиката. Тези закони са толкова фундаментални, че всяка промяна в техния обхват ще бъде подобна на влиянието на теорията на Алберт Айнщайн върху законите на класическата механика на Исак Нютон и върху развитието на физиката като цяло. Възможно е също така вечното движение да съществува в обекти, чието поведение се управлява от квантовата механика.
