"Вечные " двигатели-история вопроса

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СМОЛЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

 

 

                          Реферат

На тему: «"Вечные " двигатели-история вопроса»

Исполнитель: студент

45 группы  очной формы обучения

инженерно-технологического

факультета                                                            Пасенков А.В.

Руководитель:

Прудников А.Д.

 

 

 

 

 

 

                                               Смоленск – 2014 г.

 

Содержание:

 

Введение 
История проблемы 
Механические вечные двигатели  
Гидравлические вечные двигатели  
Мнимые вечные двигатели  
Заключение  
Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Одними из первых, кто открыл эпоху создания "вечных двигателей" были алхимики (здесь под термином "вечный двигатель" подразумевается не только техническое устройство, а любой объект творческой и изобретательской деятельности, обладающий свойствами "абсолютности", "вечности"). "Химия - дочь алхимии" - так высоко оценил роль алхимии, одного из самых ложных учений среди многих лжеучений прошлой поры, гений русской и мировой математики Николай Лобачевский. Эта "наука" родилась еще в первых столетиях нашей эры в Египте, перекинулась на другие страны и была узаконена арабами. Они присоединили к более раннему термину "химия" (наука о превращениях веществ) артикль "ал" и тем самым ввели алхимию в круг других наук, известных на Земле к тому времени. В основу своих воззрений алхимики взяли убеждение в одушевленности металлов. Якобы металлы все время "растут" и "созревают" в лоне Земли, чем и обусловлены их превращения.  
Еще со времен средневековых алхимиков, открывших в поисках "философского камня" много новых и ценных химических веществ, история хранит немало примеров, когда азартная погоня за призраком приводила к важным изобретениям, не имевшим иногда никакой видимой связи с намерениями искателей. Так, американский наборщик Хьятт, обуреваемый благим желанием искусственно создать слоновую кость для биллиардных шаров (за это была обещана огромная премия), изобрел в 1863 году первую в мире пластмассу, которая под именем целлулоида получила широчайшее применение и быстро распространилась.  
Любой творческой находке предшествует обычно довольно длительная, порой мучительная стадия поисков. Обостренная избирательность и особая зоркость нередко позволяют первооткрывателю добиться цели, пользуясь доступными и широко известными сведениями.  
Сейчас очевидно, что это утопия. Но овладев умами, алхимия, увлекла их жаждой поиска и проложила первые тропинки к большой и истинной науке. Расцвет алхимии пришелся на 15 - 17-й век, и это как раз в то время, когда она жестоко преследовалась церковью. Многие ученые того времени, обвиненные в занятиях черной магией и распространении учения Сатаны, закончили свою жизнь в тюрьмах и даже были казнены.  
В то же время, алхимия помогла людям открыть немало секретов природы, принесших пользу человечеству. Люди научились делать сплавы, различные красители, стекло.  
Немецкий алхимик Бранд, пытаясь добыть философский камень, открыл новый химический элемент фосфор. В другое время немецкие же алхимики "варили" (в 1710 году) в одной из примитивных лабораторий золото. Естественно, что это им сделать не удалось, зато они изобрели фарфор знаменитой саксонской марки.  
Одно из направлений поисков творцов, энтузиастов и упорных изобретателей - это создание, разработка "абсолютного двигателя", "вечного двигателя", который, будучи однажды запущен в действие, совершал бы работу неограниченно долгое время без привлечения энергии со стороны. 

История проблемы

Первое упоминание о вечном двигателе ученые обнаружили в древней санскритской рукописи "Сиддхантасиромани", написанной великим индийским математиком Бхаскаром примерно в 1150 году. В этой книге рассказано о колесе, которое имело специальные полости, заполненные ртутью. Утверждалось, что если такое колесо закрепить на оси и придать ему первоначальное вращение, то оно в дальнейшем будет вращаться вечно.  
Аналогичное колесо было описано и в астрономическом кодексе короля Кастилии Алфонса Великого, относящемся к 1272 году.  
В арабской рукописи 1200 года, написанной Фахр ад дин Ридвана бен Мухаммедом, изложено три разных конструкции вечных двигателей.  
Изыскания в этой области особенно активизировались в XVI веке, когда началось бурное развитие машинного производства.  
В книге итальянского врача, философа и алхимика Марко Антонио Зимара "Пещера медицинской магии" описана "вечная ветряная мельница". Этот изобретатель предложил поставить напротив лопастей колеса ветряной мельницы кузнечные меха (воздушные насосы), приводимые в действие самим колесом. Зимара, по-видимому, был уверен, что воздух, выходящий из мехов, способен вращать то же самое мельничное колесо, которое, и приводит в движение эти меха.  
В литературных источниках тех времен содержатся описания "вечных двигателей", основанных на использовании энергии воды. Основным элементом таких двигателей являлся спиральный водяной подъемник, так называемый, архимедов винт. При этом идея вечного движения казалась чрезвычайно простой: архимедов винт поднимает воду из резервуара на какую-то высоту, эта вода падает на лопасти водяного (мельничного) колеса, которое при этом вращается и, в свою очередь, приводит в движение архимедов винт.  
Гипотеза создания идеально экономичной машины занимала тогда и сейчас занимает умы не только мечтателей - самоучек, но и умы многих видных ученых. Понятно, что вечный двигатель так и остался "работающим" лишь в воображении его творцов. Хотя их замыслы и были утопичны, попытки материализовать идею, споры вокруг нее принесли немало интересных теоретических и конструктивных решений, позволили выявить новые закономерности, увидеть ранее неизвестные процессы.  
Работая над вечным двигателем, С. Стевин в 1857 году, поставил такой эксперимент: соединив 14 шаров в одну цепь, он накинул ее на трехгранную призму в надежде, что шары, скатываясь по наклонной грани, вовлекут в движение всю цепь и создадут за счет этого непрерывное ее вращение, но, несмотря на страстное желание изобретателя, шары не захотели непрерывно вращаться, а неподвижно зависали, в накинутом на призму положении. Зато эта неподвижная система навеяла ему идею равновесия. Данный результат и вошел в научную терминологию как закон равновесия сил на наклонной плоскости. Важно отметить, что открытиями вечных двигателей, как правило, занимаются "бессребреники", т.е. люди, которые это делают не ради корысти, не ради денег, не ради золота, а в силу своей творческой увлеченности, своего новаторского призвания. Яркой иллюстрацией сказанного может служить ученый - алхимик Бертольд, описанный А.С.Пушкиным в его прозаическом произведении "Сцены из рыцарских времен". Бедный ученый Бертольд делает бесконечные опыты по получению золота из разных химических элементов. Его многообещающие опыты поддерживает кредитами богатый купец Мартын в надежде на успех изобретателя. В одном из диалогов между ними Мартын спрашивает: "Если твой опыт тебе удастся и у тебя будет золота и славы вдоволь, будешь ли ты наслаждаться жизнью?" В ответ ему Бертольд говорит: "... Займусь еще одним исследованием. Мне кажется, есть средство открыть перпетуум мобиле. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому. Видишь ли, добрый мой Мартин, делать золото задача заманчивая, но найти перпетуум мобиле... О!" Можно при этом упомянуть, что А.С.Пушкин написал это произведение под впечатлением незадолго изобретенного до этого (в 1834 году) в Санкт-Петербурге академиком Борисом Семеновичем Якоби, которого он знавал лично, первого электрического приводного двигателя. Этот двигатель, питающийся на постоянном токе от батареи Вольта, настолько поразил своей новизной и оригинальностью просвещенных современников, что они долгое время называли его "перпетуум мобиле".  
Александр Степанович Фабристов, Самарский изобретатель, увлеченный идеей вечного двигателя, много сочинил его конструкций, создал много образцов, но все неудачно. И, наконец, устройство, которое он называет "вечный двигатель", и которое, как он убежден, способно вырабатывать "бесплатную" энергию только за счет сил гравитации. Его устройство не так уж хитро по конструкции и состоит из 8 металлических "стаканов", укрепленных на крестовине, из свинцовых уголков, храповиков и двух шестеренчатых дуг. "Стакан", прикрепленный к крестовине, движется по кругу, проходит через одну дугу - угольник внутри перемещается и силовое плечо становится больше. Проходит через другую - угольник встает на прежнее место. Так, что получается, что у четырех "стаканов" с одной стороны масса значительно больше, чем у стаканов с другой, из-за действия сил гравитации. К сожалению его "вечный двигатель" не запатентован, и не апробирован, так как и наш российский институт патентной экспертизы не принимает к рассмотрению проекты таких двигателей. Создать же опытный образец изобретателю - одиночке не под силу, а промышленным предприятиям вроде бы и неприлично заниматься разными выдумками. А ведь, по идее, это экологически чистый двигатель, не портящий ландшафт и природу, не загрязняющий атмосферу.  
Прослеживая историю, можно заметить, что одни изобретатели и ученые горячо верили в возможность создания вечного двигателя, другие - упорно сопротивлялись этому, отыскивая все новые истины. Галилео Галилей, доказывая, что любое имеющее тяжесть тело не может подняться выше того уровня, с которого оно упало, открыл закон инерции. Таким образом, польза для науки шла как со стороны верующих, так неверующих. Известный физик, академик Виталий Лазаревич Гинзбург считал, что по-существу, идея вечного двигателя была научной. Плохо ли, хорошо ли, но она готовила благодатную почву грядущим естествоиспытателям для постижения более высоких истин. Как хорошо сказал томский профессор, философ А.К.Сухотин: «... неуклонно подогревая интерес, идея вечного двигателя стала своего рода идейным двигателем вечного сгорания, подбрасывающим свежие поленья в топки, ищущей мысли».  
Тем временем, из-за большого числа заявок изобретателей на выдачу патентов на придуманные ими вечные двигатели, ряд национальных патентных ведомств и академий наук зарубежных стран (в частности, Парижская академия наук приняла запрет еще в 17-м веке), приняли решение вообще не принимать к рассмотрению заявки на изобретения абсолютного двигателя, поскольку это противоречит закону сохранения энергии.  
Всемирно известный в области механики советский академик Борис Викторович Раушенбах считает такие решения научных организаций ошибочными и вредными для дальнейшего развития науки. Он утверждает, что наука должна глубоко исследовать, доказывать и терпеливо разъяснять, а не пресекать и, тем более, не запрещать любые изобретения ("не накидывать уздечку на исследовательскую активность, куда бы она не расходовалась"). Понятно, что принцип сохранения энергии никакими конструкциями вечных двигателей не поколебать, но возможны уточнения, выяснение сфер его применения и пересечения с другими физическими принципами. Открылось же, например, что этот закон комбинируется с законом сохранения массы и такое проявление пошло на пользу более глубокого осмысления этих двух законов.  
На практике такие ((устройства оказались не работоспособными, а заявленная их авторами дополнительная энергия (сверх затраченной) существовала на самом деле, на уровне погрешности экспериментов либо была чистым вымыслом авторов. Возможно, их авторы при расчете эффективности (когда получили КПД много больше 1) учли далеко не все факторы... В большинстве же случаев просто было выдано желаемое за действительное, как общеизвестная работа Флейшмана и Понса по открытию "холодного" термоядерного синтеза, который наделал много шума из ничего и был закрыт... 

МЕХАНИЧЕСКИЕ ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Известный механик середины XVII века Эдуард Сомерсет , маркиз Вустерширский, в свои пятьдесят лет решил на удивление всем заняться постройкой перпетуум мобиле доселе невиданных размеров. Честолюбивые намерения этого достопочтенного и преданного короне дворянина нашли полную поддержку у его государя Карла I. Старый лондонский Тауэр стал свидетелем грандиозных приготовлений. Вместе со своими помощниками маркиз соорудил огромное колесо диаметром более 4 метра с размещенными по его периметру 14 грузами весом по 50 фунтов каждый. К сожалению, в сообщениях об этом широко разрекламированном опыте, при котором присутствовал сам король со своим двором, о результатах экспериментов подробно не говорится. Известно лишь, что к этому своему опыту Сомерсет никогда более не возвращался; позднее он занимался строительством парусного экипажа и другими смелыми по тому времени проектами. До сих пор при исследовании эволюции идеи перпетуум мобиле мы продвинулись не слишком далеко, сумев подробно рассмотреть лишь механические вечные двигатели, приводившиеся в действие гравитационными эффектами. Колеса, молотки, шары, противовесы, цепи, ремни, рычаги, зубчатые передачи вот главные детали того «конструктора», из которого собирали элементы своих фантастических машин изобретатели тех времен. При этом большинство из них было абсолютно убеждено в глобальной справедливости своей идеи, или же, по крайней мере, проникнуто твердой верой в нее. В самом деле, вряд ли можно найти человека, который занимался бы постройкой какой-нибудь машины, специально задавшись целью доказать ее бессмысленность. 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Один из неписаных законов жизни утверждает, что авторы самых важных открытий и изобретений часто остаются безвестными — время уносит имена этих людей раньше, чем окружающие успевают заметить их свершения. Вот уже тысячи лет вертятся лопатки водяного колеса — замечательнейшей машины давнего прошлого, машины, сопровождавшей развитие цивилизации с самого начала ее зарождения до настоящего времени. Тысячи мельниц, пил и насосов приводил в действие этот двигатель, который наряду с мускульной силой человека и животных столетиями являлся единственным реальным источником их двигательной силы. Правда, несмотря на свою простоту, водяное колесо обладало и существенным недостатком — оно нуждалось в достаточном количестве проточной воды вне зависимости от времени года. Должно быть, именно поэтому большой популярностью пользовалась идея работы водяного колеса в замкнутом цикле, что позволило бы сделать его независимым от изменчивых водяных потоков и тем самым обеспечить более широкое его использование. Слабость же этой идеи заключалась в том, что оставалось неясным, как доставлять воду обратно, к лотку, питающему лопатки водяного колеса.  
Схемы сухих водяных мельниц, создававшихся по принципу гидравлического перпетуум мобиле, так никогда и не были реализованы на практике. Об этом свидетельствует целый ряд проектов, отличающихся друг от друга лишь некоторыми деталями конструкции. В попытках увеличить количество воды, подаваемой к верхнему лотку колеса, авторы подобных проектов часто прибегали к объединению двух или более архимедовых винтов. Гидравлическим перпетуум мобиле с архимедовым винтом занимался также английский епископ Джон Уилкинс, подробно описавший его в своем сочинении «Математическая магия», опубликованном в 1648 г. Еще один проект гидравлического вечного двигателя, представляет собой нечто среднее между трехступенчатым водяным колесом и турбиной в тройном каскаде, сидящими на общем наклонном валу. Внутри этого вала размещался архимедов винт, поднимавший воду из нижнего резервуара на лопатки самого верхнего колеса. Чтобы выяснить всю несостоятельность этих проектов, проанализируем кратко работу водяного колеса и проведем примерную оценку его энергетического баланса. Рассмотрим сначала водяное колесо с подачей воды сверху — этот единственный гидравлический двигатель, в котором непосредственно используется потенциальная энергия падающей воды. Действительно, находящаяся в верхнем лотке вода падает в ковши рабочего колеса и своей тяжестью заставляет их двигаться вниз до тех пор, пока колесо не повернется примерно на пол-оборота и вода не выльется в отводящий канал. Диаметр водяных колес обычно выбирался приблизительно равным высоте используемого перепада уровней. Следовательно, в случае значительных перепадов водяное колесо теряло ряд своих преимуществ, поскольку оно становилось слишком большим и тяжелым. Мощность, развиваемая колесами водяных мельниц и пил, составляла обычно от 3,5 до 11 кВт при перепаде от 3 до 12 м и секундном расходе воды порядка 0,1-0,8м3. При этом колесо всегда располагалось строго над поверхностью воды в отводном канале, с тем чтобы при повышении уровня в нем нижний край колеса не оказывался бы в воде. Именно это обстоятельство не позволяло полностью использовать всю потенциальную энергию воды, определявшуюся теоретически только разностью высот верхнего и нижнего уровней. Общая сумма потерь даже у тщательно изготовленного водяного колеса с верхней подачей воды достигала примерно 20%, так что коэффициент полезного действия такого колеса никогда не превышал 80%. В эту цифру не включены, однако, потери энергии в передаточном механизме, представляющем собой необходимый элемент каждого двигателя. Таким образом, после подсчета всех потерь и пассивных сопротивлений собственно колеса и передаточных звеньев коэффициент полезного действия всего устройства падает уже до 50-60%; эффективность же колес с подачей воды на среднем и нижнем уровне оказывается еще более низкой. В случае использования водяного колеса в качестве движущего элемента перпетуум мобиле, приводимое им в действие перекачивающее устройство должно было доставлять к верхнему лотку ровно такое же количество воды, которое в тот же самый момент вытекало на лопатки самого колеса. Даже если при этом не учитывать потери в перекачивающем насосе, то потребляемая насосом мощность должна в точности соответствовать потенциальной энергии воды, которая определяется упомянутой разностью верхнего и нижнего уровней и которую никакое водяное колесо полностью использовать не может. Это обстоятельство уже само по себе доказывает, почему не может существовать сухая водяная мельница с замкнутым круговоротом воды. 

МНИМЫЕ ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ 

Сегодня, по-видимому, уже никто не сомневается, что энергия перемещения масс воздуха, равно как и энергия, определяемая изменениями температуры и барометрического давления, ничего общего не имеет с теми тайными силами, которые, как считалось в прошлом, являлись причиной вечного движения, даже если источником этих сил оказывалась сама природа Земли или целая Вселенная. Естественно, что колебания температуры внешнего воздуха зависят от солнечного излучения; с изменениями этой температуры в свою очередь тесно связаны характер перемещений атмосферных масс и изменения барометрического давления. Однако же все эти процессы происходят лишь благодаря тому, что Солнце постоянно посылает на поверхность Земли все новые и новые порции энергии. Эта энергия (которую мы будем называть латентной, поскольку для многих исследователей прошлого она действительно оставалась тайной) очень часто оказывалась тем источником, к которому сплошь и рядом обращались изобретатели и сторонники перпетуум мобиле. Их устройства, черпавшие необходимую для своей работы энергию из этого латентного источника, во многих случаях функционировали достаточно успешно, что побуждало общественное мнение рассматривать эти машины как убедительное доказательство осуществимости вечного движения в условиях Земли. Неправильное понимание, а иногда и просто полное незнание принципов работы этих устройств приводили к новым попыткам решения проблемы перпетуум мобиле и постройке дальнейших вариантов этих машин.  
В 1815 году в «Еженедельном вестнике искусств и ремесел королевства Баварии» появилось сообщение о новом перпетуум мобиле, автором которого был некий Рамис из Мюнхена. Этот перпетуум мобиле, полное описание которого приводит Иоганн фон Поппе в уже упомянутой нами книге, по существу представлял собой электрический маятник, который качался на опоре, помещенной, между сферическими электродами двух электрических элементов Замбони , вставленных внутрь стеклянных столбиков. Верхнее удлиненное плечо маятника оканчивалось стеклянной палочкой с металлическим шариком на конце. При касании сферического электрода одного из элементов на шарик переходила небольшая часть его электрического заряда. Поскольку тела, несущие на себе одноименные заряды, отталкиваются, маятник отклонялся в другую сторону, где шарик притягивался электродом противоположной полярности, который в свою очередь забирал его заряд, и весь процесс повторялся вновь в обратном направлении. С помощью удачных усовершенствований конструкции Рамису удалось использовать этот способ для приведения в действие маятниковых часов, которые благодаря энергии, запасенной в электрических элементах, могли идти очень долгое время.  
После Рамиса созданием аналогичных часов занимался также Карл Стрейциг из Вероны. Отметим, что эти перпетуум мобиле не были совершенно оригинальными — как справедливо указывалось в тогдашней литературе, оба они основывались на идее весьма популярного в то время физического прибора-электроскопа, известного со времен самых ранних опытов с электричеством. В заключение о мнимых перпетуум мобиле упомянем еще об одном устройстве — о так называемом радиоскопе или радиометре, представлявшем собой маленькую лопастную мельницу, помещенную внутрь стеклянной колбы, из которой выкачивался воздух — давление понижалось до 0,02 мм рт.ст. (=2,7 паскаля). Главную часть мельницы составляли четыре небольшие слюдяные лопатки, одна сторона которых была зачернена, а другая оставалась незачерненной; при этом сами лопатки могли вращаться вокруг вертикальной оси. Если лучи света, несущие тепловую энергию, попадали внутрь колбы, то зачерненные поверхности лопаток нагревались больше, нежели блестящие, так что немногие молекулы разреженного воздуха, остававшиеся в колбе, отлетали от них с большей скоростью. В результате зачерненной стороне лопаток передавался больший импульс, что и приводило всю мельницу во вращение.Перечисленные примеры мнимых вечных двигателей показывают, что подобные устройства почти с самого начала сопровождали «настоящие» вечные двигатели. Незнание основных физических законов, вполне оправданное в XVII-XVIII вв., т.е. до открытия законов сохранения массы и энергии, приводило к тому, что изобретатели «предэнергетической» эпохи совершенно не представляли себе, что их машины черпают свою энергию не из какого-то таинственного «нутра», а из колоссальных природных источников Земли или Вселенной.  
В истории же техники мнимые перпетуум мобиле так и остались игрушками, радующими глаз любителей курьезов, или даже источниками новых, подчас еще не раскрытых возможностей науки, в то же время абсолютно не оправдав ожиданий тех, кто с их помощью все-таки надеялся раскрыть тайну вечного движения. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Действующие модели "вечных" двигателей, якобы нарушающие 2 начало термодинамики, на самом деле работали в полном соответствии с этим вторым началом термодинамики (в общем виде для открытых неравновесных систем), однако имели архинизкую эффективность и годились лишь как демонстрационные модели возможности получать энергию. Так, простой расчет показал, что для получения 1 киловатта энергии потребовалось бы построить агрегат размером с современный 17-этажный дом! Гораздо более эффективно использовать ветровую или солнечную энергию...  
Практически все авторы "действующих" моделей используют постоянный внешний источник энергии (обычно, электрическая сеть или батарейка) и эффективность системы рассчитывают на основании соотношения полученной энергии к затраченной. Поскольку суммарную поглощенную и выделенную энергию точно замерить не всегда очень просто, по-видимому, в этом и кроется большинство ошибок. Есть также и другие ошибки при расчете суммарного КПД устройства. Казалось, чего бы проще, создать режим самогенерации свободной энергии, т.е. часть получаемой энергии пустить на возбуждение устройства вместо внешнего источника, который нужен лишь, чтобы запустить машину, и далее в чистом виде получать только заявленную сверхъединичную разность... Однако таких устройств не существует. 
Хотелось бы увидеть действительно работающую модель, в которой имеется замкнутый контур и машина производит энергию без внешнего источника.  
В заключение хочу отметить, что все существующие естественно-научные законы (физики, химии и т.д.) строго соблюдаются. В первую очередь это касается второго начала термодинамики. Конечно, многие физические законы и модели несовершенны, однако пока не известны надежные экспериментальные данные, которые бы противоречили существующим законам. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.Ихак-Рубинер Ф. Вечный  двигатель. М., 1922.

2.Кабардин О. Ф. Физика: Справочные  материалы. М., 1991.

3.Краткий Политехнический  Словарь. М., 1956.

4.Орд-Хьюм А. Вечное движение. М., 1980.

5.Перельман Я. И. Занимательная  физика. М., 1991.