Что понимается под вечным двигателем второго рода

Физика для чайников. Урок 16. О вечном двигателе, или законы термодинамики

Вечный двигатель люди пытались создать еще с древних времен. Но ничего у них не вышло, ибо закон сохранения энергии никто не отменял (см. Физика для чайников. Урок 11. Энергия. Закон сохранения энергии ). Законы термодинамики тоже запрещают существование вечного двигателя. Что интересно, вечные двигатели классифицируется на:

· Вечный двигатель первого рода — неограниченно долго действующее устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов.

· Вечный двигатель второго рода — неограниченно долго действующая машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел.

Теперь перейдем к первому закону термодинамики. Одна из его формулировок: «Вечный двигатель перового рода невозможен». То есть, как бы вы ни хитрили с подвешиванием разных грузиков на колесе:

которые их должны вращать, без какого-то внешнего усилия или сжигания топлива это работать не будет. Почему? Да потому, что с одной стороны, грузик вращает колесо, а с другой стороны, те же грузики его тормозят.

Теперь перейдем к другим формулировкам первого закона термодинамики:

«Изменение внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты и работой, которую совершает эта система». Математически данную формулировку можно выразить вот такой формулой:

Теперь перевожу. Внутренняя энергия – это суть тепловая энергия. Мы не можем рассмотреть каждую частицу вещества (атом, молекулу), но мы можем иметь представление о некоторых статистических параметрах совокупности данных частиц, например, температура, давление газа, внутренняя энергия. Если мы нагрели газ, и он расширяясь толкал поршень, то он свершили тем самым работу A. Нагревая, мы сообщили ему тепловую энергию Q. Если не вся тепловая энергия истратилась на толкание поршня, то разница ушла во внутреннюю энергию. Как видим, и тут соблюдается закон сохранения энергии .

Еще одна формулировка первого закона термодинамики: «Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами». Математически эта формулировка выглядит так:

А теперь перейдем ко второму закону термодинамики. Одна из его формулировок: «Энтропия замкнутой системы может только возрастать». Как вы помните из урока Физика для чайников. Урок 15 , энтропия – это мера хаоса. То есть, беспорядок только нарастает, все стремиться к разрушению. И, как правило, процессы, при которых нарастает энтропия, необратимы. Например, если вы разбили тарелку, она не может сама взять и собраться из кусочков обратно. Тепловая энергия переходит от горячих тел к холодным, и никогда наоборот. Это, кстати, еще одна формулировка второго начала термодинамики: «Тепловая энергия может переходить только от более горячих тел к менее горячим». Ну, и отсюда третья формулировка: «Вечный двигатель второго рода невозможен».

Теперь перейдем к третьему закону термодинамики. У него тоже несколько формулировок:

· Энтропия любой системы при абсолютном нуле (0 градусов по Кельвину или примерно -273.15 по Цельсию) является постоянной и не зависит ни от каких переменных параметров (давление, объема и так далее).

· При абсолютном нуле энтропия равна нулю.

· Достижение абсолютного нуля невозможно.

Почему при абсолютном нуле энтропия равна нулю? Вспомним формулу энтропии Больцмана (см. Физика для чайников. Урок 15. Энтропия ):

Омега – количество микросостояний, которыми может быть выражено данное состояние в случае абсолютного нуля равно единице. То есть, никакого теплового движения частиц нет, система полностью детерминирована. Логарифм из единицы равно нулю, значит, и энтропия тоже будет равна нулю. Но так как энтропия замкнутой системы может только возрастать, а у тел, имеющих температуру выше абсолютного нуля, энтропия выше нуля, то ясно, что до нуля она никогда не уменьшится.

Источник

Что понимается под вечным двигателем второго рода

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 [1] . В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикрепленными 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, помещенных 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». 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.

Читайте также:  Горит давление стучит в двигателе ваз

Неудачные 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. Дифференциальная 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 превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода.

Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

В 1775 году Парижская академия наук приняла решения не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания.

В Российской Федерации заявки на патентование вечного двигателя не рассматриваются, хотя Андрею Мельниченко они были выданы: Сайт Роспатента login: guest password: guest

Заявки на патент:

№ 2006142180 (2008.06.10) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005138780 (2007.07.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005128940 (2007.03.27) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ ПРИ РЕЗОНАНСНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН (Заявки на российские изобретения (рус.))

№ 2005100451 (2006.06.20) СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (Заявки на российские изобретения (рус.))

Известные изобретатели вечных двигателей

Литература

  • Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения. М., 1926.
  • Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
  • Кирпичёв В. Л. Беседы по механике. М.: ГИТЛ, 1951.
  • Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его. СПб., 1909.
  • Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня. М.: Мир, 1984.
  • Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи. М.: Знание, 1980.
  • Перельман Я. И. Занимательная физика. Кн. 1 и 2. М.: Наука, 1979.
  • Петрунин Ю. Почему идея вечного двигателя не существовала в античности? // Петрунин Ю.Ю. Призрак Царьграда: неразрешимые задачи в русской и европейской культуре. — М.: КДУ, 2006, с. 75-82
Читайте также:  Доработка головки двигателя своим

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Вечный двигатель второго рода» в других словарях:

Вечный двигатель первого рода — Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %). Содержание 1 Современная классификация вечных двигателей 2 История … Википедия

Вечный двигатель — … Википедия

ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — перпетуум м о б и л е (лат. perpetuum mobile непрерывное движение), 1) В. д. первого рода воображаемая машина, к рая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не потребляя энергии извне. В. д. первого рода… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Вечный двигатель — (лат. perpetuum mobile) воображаемая машина, которая может совершать работу неограниченное время, не заимствуя энергии извне. Невозможность вечного двигателя 1 го рода одна из формулировок 1 го начала термодинамики. Невозможность вечного… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

Мифология науки — Мифология науки система сакрального знания в науке, широко распространённые, массовые заблуждения. Мифы в науке возникают при её популяризации. Чтобы донести до обычного читателя научные факты или открытия в доступной форме авторы научно… … Википедия

Перпетуум мобиле — Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %). Содержание 1 Современная классификация вечных двигателей 2 История … Википедия

ТЕРМОДИНАМИКА — ТЕРМОДИНАМИКА, отдел учения о теплоте, в обширном смысле слова • учение об энергии н потому имеет отношение ко всем физическим, химическим и биол. явлениям. Она построена на двух положениях, называемых началами, полученных опытно, чуждых каких… … Большая медицинская энциклопедия

ТЕРМОДИНАМИКА — наука о наиб. общих св вах макроскопич. физ. систем, находящихся в состоянии термодинамич. равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями. Т. строится на основе фундам. принципов (начал), к рые явл. обобщением многочисл. наблюдений и… … Физическая энциклопедия

Томсон Уильям — (Thomson) (в 1892 за научные заслуги получил титул барона Кельвина, Kelvin) (1824 1907), английский физик, член (1851) и президент (1890 1895) Лондонского королевского общества, иностранный член корреспондент (1877) и иностранный почётный член… … Энциклопедический словарь

ТЕРМОДИНАМИКА — раздел прикладной физики или теоретической теплотехники, в котором исследуется превращение движения в теплоту и наоборот. В термодинамике рассматриваются не только вопросы распространения теплоты, но и физические и химические изменения, связанные … Энциклопедия Кольера

Источник

«ВЕЧНЫЕ» ДВИГАТЕЛИ ВТОРОГО РОДА

Как известно, тепловой двигатель, работающий по замкнутому циклу, преобразует энергию из тепловой в механическую форму. При этом на одних этапах цикла двигателя к рабочему телу подводится энергия в тепловой форме, а на других — отводится в тепловой форме. Разница между подведенной и отведенной энергией в тепловой форме представляет собой результирующую работу W^ цикла. Чем больше тепловой энергии отводится от рабочего тела в цикле, тем меньше результирующая работа Жрез при одном и том же количестве подведенной тепловой энергии. КПД цикла снижается. Поэтому на практике стремятся уменьшить отвод энергии от рабочего тела в ходе циклического процесса.

Карно показал, что тепловой двигатель (машина) не может работать без подвода и отвода энергии в тепловой форме от рабочего тела. Тепловая машина работает между двумя источниками тепловой энергии — нагрева­телем и холодильником. Чтобы повысить эффективность такой тепловой машины, необходимо уменьшить отвод тепловой энергии в холодильник. Однако исключить вообще отвод тепловой энергии от рабочего тела в цикле теплового двигателя нельзя (на это указывает второй закон термодинами­ки).

Бели исключить отвод энергии в тепловой форме в холодильник, то КПД такого двигателя станет равным 1. В этом случае вся подведенная тепловая энергия Q\ должна быть преобразована в механическую форму W^ = Qi [Q2 = 0]. Следовательно, можно отказаться от холодильника. В этом случае двигатель должен работать только с одним источником тепловой энергии — нагревателем (термостатом[21]). Условная схема такого воображаемого двигателя (тепловой машины) приведена на рис. 8.44.

Читайте также:  Обороты двигателя mitsubishi galant

Так как температура термостата при отводе от него энергии в тепловой форме не изменяется, то тепловой двигатель (машина), представленный на рис. 8.44, можно назвать изотермическим. В этом двигателе тепловая энергия подводится к рабочему телу при постоянной температуре нагрева­теля (Ti = Idem).

Идея построения такого двигателя (рис. 8.44) является заманчивой, но не осуществимой. Второй закон термодинамики указывает, что невозможна работа тепловой машины при наличии только одного источника теплоты (нагревателя).

Напомним, что «вечные» двигатели первого рода никогда не работали, так как противоречили первому закону термодинамики — всеобщему закону сохранения энергии. «Вечные» двигатели второго рода не противоречат первому закону термодинамики (они соответствуют его положениям). Сколько энергии подведено к термодинамической системе (в данном случае Qi), столько же и отведено от нее (W^ = Qi), учитывая эквивалентность теплоты и работы.

Формально двигатель (рис. 8.44) не соответствует определению вечного двигателя. «Вечный» двигатель первого рода в идеале должен работать вечно (не останавливаясь), если исключить возможные его поломки. «Веч­ный» двигатель второго рода даже в идеале не может работать вечно. Его название обусловлено другим обстоятельством. Если в качестве на­гревателя использовать воду, сосредоточенную на Земле, то двигатель (рис. 8.44) мог бы работать миллионы лет. При этом температура воды на Земле понизилась бы всего на несколько градусов. За 1700 лет работы такого двигателя температура воды на планете понизилась бы всего на 0,01 К. Для нас такой двигатель казался бы вечно работающим двигателем. Именно поэтому немецкий ученый В. Оствальд (1853-1932 гг.) назвал такой двигатель «вечным», понимая при этом его невозможность.

Несмотря на то, что изобретатели и ученые, работающие во многих областях науки и техники, знают ограничения, накладываемые вторым законом термодинамики, попытки создания вечного двигателя второго рода имеют место и сейчас. Поощряет их на такую деятельность тот факт, что если удастся обойти второй закон термодинамики, то это сразу решит проблему энергии на все века. И это тогда, когда мир стоит на грани истощения энергетических ресурсов.

Идеи вечных двигателей второго рода, как правило, появляются в периоды великих научных открытий, когда сами эти открытия еще не полностью осознаны и понятны.

Напрямую второй закон термодинамики обойти невозможно, а поэтому изобретатели стремятся создать такой двигатель на основе комбинации большого количества физических явлений. При такой комбинации различ­ных физических явлений, положенных в основу работы тепловой машины, можно и не заметить наличие всех процессов, оговоренных вторым законом термодинамики.

Рассмотрим несколько примеров таких двигателей.

На рис. 8.45 показа конструктивная схема «нуль-мотора» американского профессора Гэмджи. Замысел этого двигателя базируется на достижениях в области холодильной техники. Как известно, к концу XIX в. были в основном изучены свойства веществ в области низких и сверхнизких температур. Прототипом двигателя послужили аммиачная холодильная машина и установка для сжижения воздуха.

В специальном котле (рис. 8.45) находится жидкий аммиак. Котел находится в контакте с окружающей средой, а поэтому аммиак нагревается до температуры Тг = 300К (27° С). При этой температуре аммиак кипит (переходит в пар). По мере кипения аммиака давление на его жидкую фазу возрастает. При давлении 1МПа (10 атмосфер) и температуре Т\ = 300 К
кипение аммиака прекращается[22]. Поэтому можно утверждать, что в котле будет находиться пар под давлением 1 МПа.

Таким образом, окружающая среда (воздух) является в рассматривае­мом двигателе верхним источником энергии в тепловой форме (Нагревате­лем]>. Этот факт соответствует второму закону термодинамики.

Из котла пар аммиака через впускной клапан направляется в рас­ширительную машину (детандер), где он расширяется. При расширении пара аммиака совершается работа над поршнем расширительной машины. Следовательно, энергия от пара передается поршню (окружающей среде), преобразуясь одновременно в механическую форму. В расширительной ма­шине происходит преобразование внутренней энергии рабочего тела (пара аммиака) в механическую энергию с одновременной отдачей ее поршню. Внутренняя энергия пара аммиака уменьшается, а поэтому уменьшается его внутренняя энергия. Внутренняя энергия пара зависит только от его температуры. Следовательно, в расширительной машине (детандере) температура пара аммиака уменьшается.

Подвод энергии в тепловой форме

\ ^^^ / Отвод энергии в механической форме

Рис. 8.44. Конструктивная схема вечного двигателя второго рода

Источник

Adblock
detector