Невозможен вечный двигатель первого рода это одна из формулировок: Почему невозможен вечный двигатель первого рода? |

Содержание

Почему невозможен вечный двигатель первого рода?

Из
этого фундаментального закона следует
невозможность создания вечного двигателя
первого рода. Закон сохранения энергии
гласит, что энергия ниоткуда не появляется
и никуда бесследно не исчезает, а лишь
принимает новые для себя формы.

Вечный двигатель
первого рода — воображаемая система,
способна совершать работу (т.е. производить
энергию) неограниченное время без
доступа энергии извне. Реальная подобная
система может совершать работу только
засчет убыли своей внутренней энергии.
Но эта работа будет ограничена, так как
запасы внутренней энергии системы не
бесконечны.

Тепловой двигатель
для производства энергии должен выполнять
определенный цикл, а значит — каждый раз
возвращаться в начальное состояние.
Первое начало термодинамики гласит,
что двигатель для совершения работы
должен получать энергию извне. Вот
почему невозможно построить вечный
двигатель первого рода.

Как связаны друг
с другом теплоемкости при постоянном
давлении и постоянном объеме?

Как вычислить
работу при изобарном процессе?

В изобарном процессе
(p = const) работа, совершаемая газом,
выражается соотношением:

A = p (V2 – V1) = pΔV.

За счет чего
совершается работа при изотермическом
и адиабатическом процессах?

В изотермическом
процессе температура газа не изменяется,
следовательно, не изменяется и внутренняя
энергия газа, ΔU = 0.Первый закон
термодинамики для изотермического
процесса выражается соотношением Q =
A.Количество теплоты Q, полученной газом
в процессе изотермического расширения,
превращается в работу над внешними
телами. При изотермическом сжатии работа
внешних сил, произведенная над газом,
превращается в тепло, которое передается
окружающим телам.
Работа газа в адиабатическом процессе
выражается через температуры T1 и T2
начального и конечного состояний:

A = CV (T2 – T1).

Чему равна
работа при изохорном процессе?

В изохорном процессе
(V = const) газ работы не совершает, A = 0.

Какими кривыми
описываются изотерма и адиабата и как
они выглядят в координатах «p
– V»?

Какой процесс
называется круговым? В чем разница
между обратимым и необратимым процессом?
Что такое
термический коэффициент полезного
действия кругового процесса?

В чем суть
неравенства Клаузиуса для энтропии
замкнутой системы? Как формулируется
второе начало термодинамики?

Второе
начало термодинамики является
законом, в соответствии с которым
макроскопические процессы, протекающие
с конечной скоростью, необратимы. второе
начало термодинамики —
физический принцип, накладывающий
ограничение на направление процессов,
которые могут происходить в термодинамических
системах.Второе начало термодинамики
запрещает так называемые вечные
двигатели второго рода, показывая,
чтокоэффициент полезного действияне
может равняться единице, поскольку для
кругового процесса температура
холодильника не может равняться
абсолютному нулю.Второе начало
термодинамики является постулатом,
не доказываемым в рамках
классическойтермодинамики. Оно было
создано на основе обобщения опытных
фактов и получило многочисленные
экспериментальные подтверждения.

Неравенство Клаузиуса:
Количество теплоты, полученное системой
при любом круговом процессе, делённое
на абсолютную температуру, при которой
оно было получено (приведённое количество
теплоты), неположительно.

Формулировка первого начала термодинамики

Первое начало термодинамики – это закон сохранения энергии. Он впервые четко сформулирован Г. Гельмгольцем в 1847 году. Этот закон не может быть четко доказан, но является результатом всего человеческого опыта. Такие законы часто называют законами природы. Известный математик А. Пуанкаре как-то иронически заметил, что в сущности все твердо верят в закон сохранения энергии потому, что математики принимают его за экспериментальный факт, а экспериментаторы считают его математической теоремой.

Есть несколько формулировок первого закона термодинамики. Если одна из них принимается в качестве основной, то все другие являются следствиями, вытекающими из нее.

Одна из формулировок звучит следующим образом: энергия не создается и не уничтожается. Возможны лишь превращения энергии из одного вида в другой в строго эквивалентных количествах.

Следствием из этого закона является вывод, что невозможен вечный двигатель первого рода, т.е. нельзя создать такой двигатель, который совершил бы работу без затраты энергии. Создание такого двигателя возможно только в том случае, если неверен первый закон.

Часто используется еще одна формулировка первого начала термодинамики: внутренняя энергии изолированной системы есть величина постоянная.

Если данной системе передается некоторое количество энергии в форме тепла Q, которое идет только на приращение внутренней энергии системы DU и на совершение системой работы W, то, согласно первому началу,

Q = DU + W, (2.1)

для бесконечно малых изменений

dQ = dU + dW. (2.2)

Уравнения (2.1) и (2.2) являются математическим выражением первого начала термодинамики.

Укажем, что DU и dU
не зависят от пути перехода системы из начального состояния в конечное, т.е. внутренняя энергия является функцией состояния системы.

Справедливость этого утверждения можно доказать следующим образом (рис. 2.1).

Предположим, что в состоянии (I) внутренняя энергия системы U1. Из этого состояния система переходит в состояние (2), в котором ее внутренняя энергия равна U2.

Рис. 2.1. Схематическое отображение путей перехода системы из состояния 1 в состояние 2 и обратно

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Расчет
стоимостиГарантииОтзывы

При переходе системы из состояния 1 в состояние 2 по пути I обозначим изменение внутренней энергии системы как DU1, а по второму пути, – как DU2. Согласно первому закону, DU1 = DU2
. Если бы это равенство не соблюдалось, а, например, DU1
было бы больше DU2, то, переводя систему из состояния 1 в состояние 2 по пути I и обратно по пути II, можно было бы получать энергию из ничего. Это противоречит первому началу термодинамики.

В отличие от DU величины Q
и W в общем случае зависят от пути процесса. Поэтому в уравнении (2.2) dU является полным дифференциалом, в то время как dQ и dW – просто бесконечно малыми величинами

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

Реферат
Формулировка первого начала термодинамики
От 250 руб
Контрольная
работа
Формулировка первого начала термодинамики
От 250 руб
Курсовая работа
Формулировка первого начала термодинамики
От 700 руб

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

Эксергия, мембраны, демон Максвелла и Четвертый закон

Эта статья очень
необычен, потому что он имеет дело с вечным двигателем, который законы термодинамики
забыл запретить. Вечные двигатели, в их наиболее распространенном определении,
те, которые производят высококачественную энергию, такую как электричество или
механические работы, бесплатно. Естественно, этого не может быть, иначе мир пошел бы
вверх дном: состояния превратятся в нищету, правительства развалятся,
и земля начнет прогреваться навсегда. Но, к счастью, термодинамика
есть законы, чтобы предотвратить такой беспредел.

Первый закон запрещает
что-либо из получения большего количества энергии, чем вложено, эффективно сводя на нет
машины, сделанные из магнитов, неуравновешенных рычагов и самовосстанавливающихся двигателей.
Кроме того, Второй закон устанавливает строгий предел эффективности
преобразование тепла в работу, так что те, кто думал решить все мировые проблемы
путем извлечения обильной энергии из окружающей среды, куда она в конечном итоге возвращается
только для повторного использованиявынуждены были вложить свои значительные
творчество для лучшего использования. Вечный двигатель — золото дураков, наше
учебники говорят, предназначенный для гибели тех, кто не удосужился бодрствовать
во время урока Термо. Конечно, недостатки таких машин порой трудно увидеть. Например, этот, основанный на свете.

Еще одна вечная машина
(называемый некоторыми представителями третьего вида, чтобы отличить его от первого и
второй вид, в общих чертах описанный выше). Хитрость заключается в том, чтобы
получить массу (скажем, это плитка мороженого) до абсолютного нуля. Затем один
можно пойти в ближайший хозяйственный магазин, купить идеальный цикл Карно и наклеить его на батончик мороженого с абсолютным нулем, как показано на рисунке ниже

Второй закон дает
КПД такой машины, это выражение, где температура должна
быть выражено в Кельвинах любой другой абсолютной шкалы:

Где T _H и T _L – высокая и низкая температуры цикла,
соответственно. Если низкий
температура в цикле равна абсолютному нулю, то КПД установки равен
ровно один, а это означает, что все тепло, отводимое в окружающую среду, будет
преобразуется в полезную мощность. Дополнительным преимуществом является то, что тепло отводится
бара мороженого будет ровно ноль, так что наше драгоценное имущество никогда не увидит
его температура выше абсолютного нуля. Мы можем держать нашу машину в рабочем состоянии
навсегда (помните, это идеальный цикл Карно),
создание полезной энергии из окружающей среды. Это, конечно, запрещено
Второй закон, поэтому эта машина на самом деле представляет собой особый тип вечного двигателя.
машина второго рода, и придавать ей отдельный вид не очень
гарантировано.

Есть ли такая вещь
как настоящий вечный двигатель
третий вид ?

Введите эксергию. Это очень
полезная концепция обесценивает энергию, чтобы дать возможность производить полезную работу.
Например, эксергия теплоты стоимостью Q меньше, чем Q , потому что не вся она
может быть преобразовано в работу, согласно второму закону, а скорее:

где Т ₀ температура
окружающей среды, которая обычно является теплоотводом в обычных термодинамических системах.
Все, что содержит энергию, содержит и эксергию, в том числе и то, что
вообще не содержат энергии. Например, в вакуумированном резервуаре нет материала,
и, следовательно, нет энергии, но ее можно использовать для выработки энергии, вызывая
среде, чтобы толкнуть поршень или поставить гребное колесо перед набегающим
воздуха, если бак будет проколот. Важно не то, будет ли власть
исходит из системы или нет, а скорее то, что система есть возможность путем
которые сама система или окружающая среда смогут производить энергию.

Эксергия веществ может
вычисляется многими способами, и это обычно связано с его термодинамическим
состояние и состояние окружающей среды, определяемое ее температурой, T ₀ ,
давление, p ₀ и другие свойства. Частный случай
интерес для нашего вечного двигателя третьего рода есть эксергия
вещество, молекулы которого способны испаряться в окружающую среду.
Если это вещество, скажем, ведет себя как идеальный газ (а каждое вещество будет,
как только его давление пара становится достаточно малым), его эксергия определяется выражением
следующее выражение (при условии, что его удельная теплоемкость Cp — постоянная, для простоты):

Где y и y ₀ — его мольные доли в системе и в окружающей среде соответственно,
и p и p ₀ — давления. Итогом этого является то, что
вышеприведенная формула, которая выведена в строгом соответствии с первым и вторым
законам термодинамики, будет давать бесконечную эксергию всякий раз, когда y ₀ равно нулю, то есть всякий раз, когда вещество полностью отсутствует в
Окружающая среда. Создание вещества, полностью отсутствующего в окружающей среде
хотя это не такая надуманная концепция. Фармацевтические компании занимаются
это все время, когда синтезируют новые лекарства. Физики делают это рутинно,
на субатомном уровне, когда сталкиваются частицы
путешествуя с высокой скоростью, чтобы создавать новые частицы. Требуется больше или меньше энергии
для образования нового вещества, но это всегда конечное количество. Объем работы
требуется, как минимум, равна его химической эксергии, которая получается
когда соединению позволяют реагировать, производя работу (скажем, в топливном элементе), или
возможно поглощающая работа, вплоть до соединений, которые присутствуют в окружающей среде,
и им затем позволяют диффундировать в эту среду, внося больше
работать с членами той же формы, что и уравнение (3), но которые теперь конечны
потому что ни один из г ₀ концентрации
в окружающей среде равно нулю. Конечно, уравнение (3) не должно быть
применяется, когда вещество полностью отсутствует в окружающей среде, а скорее
сначала нужно рассчитать, сколько эксергии требуется для образования вещества
путем химической реакции, начиная с веществ, которые присутствуют, а затем добавляют
эксергия, которую должны были бы иметь эти вещества, прежде чем они расширятся в
среды, как описано выше. Но тогда остается парадокс, что вещество
для синтеза которого не требовалось бесконечной эксергии,
кажутся обладающими бесконечной способностью выполнять работу, если ему просто позволить
расширяться в окружающую среду.

Для
пример того, как будет работать настоящий вечный двигатель третьего рода,
посмотрите на рисунок ниже:

синтезатор представляет собой систему черного ящика, в которой некое новое вещество (назовем
it novium) синтезируется, начиная с
веществ, присутствующих в окружающей среде. Этот процесс, как мы видели выше и знаем
по опыту, берет конечное количество энергии, состоящей из работы и теплоты.
Образовавшийся в синтезаторе новий теперь перемещается в
расширительная камера, поддерживающая ту же температуру, что и окружающая среда,
где он испаряется и встречается с мембраной, проницаемой для всех
вещества, присутствующие в окружающей среде, но не новий.
Мембрана, следовательно, будет подвергаться давлению паров новия с одной стороны и не будет подвергаться силе с другой. если это разрешено
чтобы двигаться, мембрана будет производить работу, так как газ новия расширяется при постоянной температуре, поглощая тепловую энергию от
Окружающая среда. Процесс может двигаться с исчезающе малой скоростью, приближаясь к
равновесие во все времена. Этот процесс также обратим, так как всегда
можно проталкивать мембрану против давления паров новия до тех пор, пока она не сконцентрируется в небольшом объеме. Под этим
условий, и устранив трение и другие необратимости,
камера расширения будет производить работу на единицу массы, равную ее эксергии,
дано в уравнении выше. С y ₀ новия (в среде) равна нулю, то работа, произведенная при бесконечном ходе
для смещения мембраны также будет бесконечно. Другой способ взглянуть на это
заключается в том, что новий подвергается постоянной температуре
процесс. Так как это идеальный газ при малых концентрациях, то работа будет

, что приводит к логарифмической зависимости между работой и объемом. В итоге для достаточно
большой объем (на самом деле он не обязательно должен быть бесконечным), расширительная камера
проделает достаточно работы, чтобы создать необходимый образец новия, а затем и некоторые другие. Следует отметить, что уравнения (3) и (4), далеко не
разрушаться по мере расширения, будет все меньше и меньше
идеализация, поскольку все вещества приближаются к идеальному газовому поведению, поскольку их пар
давление стремится к нулю.

Энергия, конечно, приходит
из окружающей среды, в основном за счет тепловых взаимодействий в синтезаторе и
расширительная камера. Но температура окружающей среды постоянна, поэтому
не должно быть возможности произвести какую-либо работу, извлекая из него теплоту,
согласно второму закону. И все же, анализ уравнений выше
говорит, что этот результат вытекает непосредственно из этого закона, поскольку логарифмический член
который дает бесконечный результат, также может быть получен из:

где

— разность энтропий идеального газа (с
постоянные удельные теплоемкости) между данным состоянием и состоянием окружающей среды.
Здесь используемое давление является парциальным давлением газа в случае, если
другие газы смешались с ним, что является обычной ситуацией.

Что здесь произошло? Как
удалось ли второму закону привести к результату, который кажется противоречащим закону?
сам?

Следует отметить, что
тот факт, что никто не сделал и, вероятно, никогда не сможет сделать, такая машина не
аргумент против парадокса. Точно так же никто не смог построить что-то
так же просто, как цикл Карно, потому что всегда есть необратимости, такие как трение и теплопередача
через конечные температурные промежутки, и все же наука термодинамика основана
в теме. Нет, здесь важен тот факт, что предложенная выше машина в своем
идеальная форма, кажется внутренним противоречием второму закону, который эти законы
приличия не терпят даже в самой идеальной форме.

Причина, по которой машина
не является вечным двигателем, нарушающим ни первый, ни второй законы
это потому, что он на самом деле не работает в циклах. Действительно, после того, как первый образец новия расширился, производя столько работы, сколько мы
позаботился о сборе, необходимо вернуть его в исходное состояние. А
Клапан открывается на его дальней стенке, и мембрана может двигаться назад ни при каких обстоятельствах.
перепад давления, вентиляция новия в
Окружающая среда. Но это означает, что в следующий раз, когда мы попытаемся расширить образец газа-новия, он уже не будет полностью отсутствовать в анализе.
среды, и, таким образом, бесконечная работа будет невозможна.

Да, но то же самое может быть
сказано о цикле Карно, который поглощает тепло от
источник тепла с постоянной температурой без снижения его температуры, и
отводит тепло к теплоотводу, не повышая при этом его температуру.
мысленная конструкция состоит в том, что эти два термальных резервуара бесконечны для этих
целей, и так чуть больше или меньше тепла не меняет их температуру. Это
Было бы несправедливо не придать аналогичную способность поглощать новий среде, окружающей машину, чтобы концентрация новия в окружающей среде не изменялась из-за нескольких
(или миллион) глотков вбрасывается.

Кроме того, ничего
запрещает механизатору изменять состав новия для следующего хода (вместе с составом
мембрана). Это то, что требует конечного объема работы, так что
следующий цикл работает почти так же, как и первый, насколько машина
обеспокоенный. Нет страха, что у вас закончатся различные вещества для изготовления, поэтому
машина будет работать бесконечно долго. Однако это совершенно не то же самое
процесс, если состав новия изменился. Мы
вернемся к этому аспекту позже.

Но возможно такая машина есть
невозможно, потому что никакая мембрана никогда не сможет отличить новиум от других газов, контактирующих с ним, и, таким образом,
перестанет работать как надо. Работа, которую мы просим мембрану
выполнить действительно довольно деликатно и не сильно отличается от выполняемой работы
нашим добрым старым другом, демоном Максвелла.

Демон Максвелла, на фото
внизу, должен стоять на страже у маленького люка и позволять только быстро
молекулы двигаются слева направо, а медленные молекулы двигаются справа на
влево, в результате чего вскоре создается разница температур, против
Второй закон. Но демон Максвелла не может выполнять свою работу, если он не анализирует
скорость приближающихся молекул, и при этом он создает больше энтропии
чем он разрушает, классифицируя молекулы на быстрые и медленные. Вопрос
есть ли у мембраны подобное ограничение?
Как мембрана отличает новий от любого другого
вещество?

Ответ не простой,
Полупроницаемые мембраны работают по-разному. Мембрана, которая
вокруг каждой из клеток нашего тела, например, имеет рецепторы многих
видов на его поверхности, и определенные молекулы могут зацепляться за него с помощью
водородные связи, если их геометрия соответствует рецепторам.
Ученые смогли проделать то же самое с фрагментами ДНК на кремнии.
чип, используя ферменты рестрикции, которые связываются только с определенными последовательностями. Если новий основан на ДНК, то подложка, покрытая
фермент рестрикции для его конкретной последовательности сможет остановить его, поскольку он
пытается пройти мимо, пока его не остановит ни одна другая молекула. Новиум, связанный с ферментом, в конечном итоге достигнет
равновесие (контролируемое вторым законом) со свободным новием,
так что столько же молекул высвобождается обратно в расширительную камеру, сколько
захвачены на его поверхности. Результатом будет барьер для новия,
и вечный двигатель третьего рода сможет работать.

Но бывает и хуже: сделать
мембрана, которая остановит новий, но не остановит
все остальное может быть таким же простым, как сделать молекулу новия больше, чем любая другая молекула, присутствующая в окружающей среде. Обычный
стена с достаточно большими отверстиями для тех, но не для новия,
бы сделать свое дело. Это самый ленивый вид демона Максвелла. Демон Максвелла, которому не нужно тратить энергию, чтобы классифицировать входящие
молекул и, следовательно, не генерирует энтропию для работы. Этот случай отличается
от подпружиненного демона Максвелла в правой части рисунка выше,
который пропускает только те молекулы, которые достаточно быстро, чтобы открыть дверь против
весна. Возможно, это не слишком надуманно: недавно стало известно, что наноматериалы ведут себя аномально там, где действует второй закон.
обеспокоены, вероятно, из-за их микроструктуры. Но даже микроскопический
Сортировочная дверь попадает под проклятие второго Закона. Тот крошечный источник, действительно,
в конечном итоге забрал бы часть энергии входящих молекул, в результате чего
что дверь в конечном итоге будет так сильно трястись, что вскоре она не сможет
классифицировать молекулы вообще. Но мембрана с простыми отверстиями не выдержала бы
не больше энергии, чем стена без отверстий. Материал стен может быть идеально
жестким, и тем не менее он выполнит свою миссию по надежному удержанию новия с одной стороны. Молекулы, слишком большие для того, чтобы пройти сквозь них, отскакивают.
упруго, в то время как те, которые проходят, не должны терять энергию при этом.

Тем не менее, наш инстинкт подсказывает нам
что должна быть причина, по которой эта машина не может работать, иначе мир может рухнуть.
с ног на голову. Учтите это: газу в расширительной камере не нужно
полностью отсутствовать в окружающей среде, чтобы машина могла производить энергию; Это
только должно быть достаточно редким, чтобы его производство требовало меньше энергии, чем его
дает, когда он расширяется, согласно уравнению. (4). Ан
изобретатель может рассуждать о том, какие газы легко получить, но редко встречаются снаружи,
но давайте просто посмотрим, например, на углекислый газ. Чистый CO ₂ банка
генерироваться рядом процессов, хорошо известных первокурсникам (например,
капающий уксус на мрамор), ни одно из которых не требует много энергии. Тем не менее,
мольная доля CO ₂ в земной атмосфере составляет всего 0,0003, что дает,
из уравнения (3) 456,6 кДж на кг чистого СО ₂ в расширительной камере при стандартной температуре 25С. Один раз
освобождаясь, CO ₂ захватывается обратно в горные породы биотическими процессами,
так что в конечном счете мощность, производимая машиной, исходит от солнца. Это,
следовательно, вечный двигатель или нет?

Но, возможно, это
пример, хотя, возможно, основа для метода производства энергии служит только для
запутать вопрос, а именно: могут ли законы термодинамики позволить
случай бесконечной эксергии. Возможно, проблема в том, что закон термодинамики
что мешает этому вечному двигателю работать еще не было
обнародованы, и поэтому машина продолжала бы счастливо работать, не обращая внимания на
какой-либо вины или проступка.

Третий закон существует
уже, поэтому новый закон (если Бог решит его принять) должен был бы называться
Четвертый закон в лучшем случае. Это может выглядеть так:

Невозможно для
эксергия любой системы бесконечна.

Или, точнее:

Это невозможно для
концентрация любого вещества равна нулю.

Во второй форме
Четвертый закон подозрительно пахнет котом Шредингера, который одновременно и мертв, и жив. В нашем случае нежить-новиум приобрела способность туннелировать, призрачно-кошачью,
через любую стену, так чтобы он был по обе стороны от нее одновременно. Там было
всегда определенное количество туннелей, контролируемое принципом Гейзенберга, но
теперь мы устанавливаем минимальное значение: должно быть как минимум достаточно туннелирования, чтобы
что эксергия этой кошки падает ниже силы, необходимой для ее создания.

Но, может быть, Бог будет счастлив
с этой лазейкой: новиум в нашей машине не будет
одно и то же в каждом такте, и поэтому машина строго не обкатывается
циклы. В этом случае он мог бы позволить нам продолжать использовать его, чтобы производить бесконечную энергию.
пока мы не наполним эту вселенную нашими творениями (такими как
разные виды новия). И тогда, ну наконец
уметь сказать (на всякий случай довольно приглушенным голосом):

Eppure я хочу!

вернуться на домашнюю страницу

Документ без названия

Вечный двигатель относится к устройству, производящему свободную энергию
навсегда. Это не относится к таким вещам, как движение Земли или Луны,
потому что они в конечном итоге остановятся, если мы извлечем из них энергию (на самом деле,
луна всегда обращена к земле одной и той же стороной именно потому, что, когда она
молодая и мягкая, энергия его вращения «добывалась» в приливы
который в конце концов сдох). На самом деле движение небесных тел
инерция, а не «вечный двигатель».

Многие люди пытались изобрести (или, что более вероятно, сделать вид, что
изобрели) устройства, производящие бесплатную энергию. Такие устройства или
«вечные двигатели» можно разделить на два широких
категории:

Первый вид: устройства, создающие энергию из ничего.
Второй вид: устройства, извлекающие энергию из окружающей среды.

Первый и второй законы термодинамики вытекают из
невозможность (пока) построить эти устройства. Первый закон говорит нам, что
энергия должна быть сохранена, и поэтому невозможно сделать устройство, которое будет
генерировать энергию, не потребляя какой-либо другой вид энергии. Второй закон
утверждает, что, как только энергия попадает в окружающую среду, обычно преобразуется в
тепла, мы не можем получить его обратно в качестве полезной мощности: энергия действительно сохраняется, но она
можно деградировать.

На протяжении всей истории попытки вечного двигателя первого
обычно сосредоточены вокруг несбалансированных рычагов, где умный механизм
укорачивает одну из сторон качелей, например, когда они катятся к
положение, противоположное тому, где оно началось, или на магнитах. Я могу утверждать сомнительное
честь изобрести (вернее, заново изобрести) машины обоих типов,
до того, как я понял лучше (или даже после ;-).

Я не собираюсь смущаться показом своих ранних фотографий
вечные двигатели на этой странице, но вы можете найти и очень похожие
(угадайте, какие они) собираются в этот отличный
Веб-сайт.

Предполагаемый вечный двигатель 2-го рода немного больше
изощренным и трудно обнаруживаемым. Поддавкой обычно является отсутствие тепла
тонуть в машинах, которые поглощают тепло из окружающей среды. На этом же сайте есть
количество довольно интересных машин этого типа, так что добавлю сюда только
которые вы не можете найти там. Я лично знаю изобретателя нескольких
из них, которые получили (довольно недавно) патенты от Патентного ведомства США,
несмотря на их давнюю политику. Это либо свидетельство отсутствия
подготовки экзаменаторов или по настоянию моего друга изобретателя. Может быть, обоим. Вот ссылки на эти патенты:

4 479 354 4 663 939 5 107 682

Но я хочу рассказать вам о разных видах бессрочных
движение. Здесь я расскажу вам о том, как можно использовать свет, чтобы, казалось бы, создать
вечный двигатель 2 рода. Новый тип вечного двигателя, который
Я бы назвал «3-го рода», а чего вроде бы нет
На этой странице объясняется нарушение любого действующего до сих пор физического закона.

Электромагнитное излучение — странный зверь для Второго
Речь идет о законе, потому что он ведет себя либо как теплота, либо как работа, в зависимости от того,
обстоятельства. Это тепло для разогрева гамбургера в микроволновой печи,
но это была бы работа, способная перемещать электроны в упорядоченном,
искрообразующим способом, для случайно оставленной внутри вилки. Свет есть
электромагнитное излучение, и из-за этого иногда ведет себя как тепло, как
в черном теле светится из-за его температуры, а иногда и дифрагирует
и выровнены, как миллиметровые волны, которые связывают ваш мобильный телефон с миром.

Интересным результатом дифракции является голография. голограмма
двумерное изображение, обычно на пленке или аналогичной мелкозернистой подложке, которое фактически содержит трехмерное изображение.
Он генерируется путем освещения лазером трехмерного объекта, который необходимо записать, в то время как
в то же время освещая пленку идентичным лазером. Фильм будет показан с
ряд очень тонких линий, которые выглядят как то, что вы получаете, когда наносите
полупрозрачную ткань поверх другой, чтобы изображение было
реконструируется путем освещения еще одним идентичным лазером (или нелазерным светом
того же цвета) на нем. Голограммы обладают множеством интересных свойств в
Кроме того, что вы выглядите действительно круто, и одно из них заключается в том, что вы можете записывать
несколько голограмм на одной пленке, и они не будут мешать друг другу
пока лазер светит прямо на пленку во время записи (называется
опорный луч) меняет цвет или положение от снимка к снимку.

Это свойство используется в патентах США 5,877,874 и 6,274,860

Розенберг (назначен Terrasun, Inc.) для создания фильма
который направляет солнечный свет в узкий луч, независимо от того, в каком направлении он падает
из. Таким образом, солнечная панель с этой пленкой не должна была бы
поверните, чтобы отслеживать солнце, что очень удобно. Это предполагаемое приложение
пленки, которая якобы была испытана на нескольких прототипах.
описания патентов можно найти здесь и здесь.
Ниже приведена картинка из первого патента, иллюстрирующая концепцию:

Тогда хорошо. Представьте, что у нас есть кусок этого фильма, сделанный так
что весь свет (и инфракрасное излучение), падающий с одной стороны, будет
передается на другую сторону, откуда уходит в направлении
перпендикулярно поверхности, независимо от того, с какого направления он пришел на другой
сторона. Эта пленка будет сердцем устройства на картинке ниже:

В дополнение к пленке устройство включает большой плоский черный
тело 1, маленькое черное тело 2 и параболическое зеркало, имеющее черное тело 2
с центром в его фокусе. Боковая поверхность между большим черным телом и
пленка также полируется до зеркального блеска. Все поверхности термически
утеплен снаружи.

Для тех, чьи теплообменные каналы немного заржавели, черный
тело — это тип поверхности (на самом деле, идеальная поверхность, но мы можем получить довольно
близкий в реальности), который поглощает все падающее на него излучение. Вот почему
его называют «черным», потому что он поглощает весь падающий на него свет.
и таким образом наши глаза воспринимают его местоположение как черное, но оно также
«черный» и для теплового излучения, которое в основном в
инфракрасный диапазон, и наши глаза его не видят. В горячем состоянии черное тело излучает излучение
по курсу, заданному по этой формуле:

где A — площадь поверхности, s — постоянная Стефана-Больцмана (5,67×10 ^-8 Вт/м ² K ^{4 T} 3 — абсолютное черное тело)
температура в кельвинах (температура в градусах Цельсия
+ 273,15).

Теперь делаем следующее: нагреваем черное тело 1 до (высокого)
температура T ₁ , и ждать
пока не установится тепловое равновесие с черным телом 2. Тепловое равновесие
означает, что теплота не течет от 1 к 2 или от 2 к 1. 2-й закон
Термодинамика (посредством следствия, ошибочно называемого многими «нулевым законом») требует, чтобы это происходило только тогда, когда
температуры 1 и 2 одинаковы. Но давайте посмотрим, так ли это
здесь.

Обратите внимание, что, учитывая геометрию и наличие
голографическая пленка, все излучение, исходящее от 1, попадет на пленку, где оно
сделать параллельным и передать на другую сторону. Теперь параболическое зеркало имеет
интересное свойство, что все лучи, параллельные его оси, отражаются
к своему фокусу. Это означает, что все излучение попадет на черное тело.
2, где он будет поглощаться. Никакое излучение не отразится обратно на поверхность 1
(это важно). Таким образом, скорость нагрева от 1 до 2 определяется выражением:

Но черное тело 2 тоже излучает. Некоторые из них будут отскакивать
на зеркало, а затем обратно на поверхность 2, но большая часть его пропустит
после отражения и после этого отправится к фильму. Многие из
излучение будет двигаться прямо к пленке. Это означает, что в конечном итоге большинство
часть его попадет на пленку, где либо будет направлена к
перпендикулярном направлении или будет каким-то образом рассеиваться при движении к другому
сторона. В любом случае все это излучение попадет на поверхность 1, как указано
по:

где коэффициент f ,
представляющая долю тепла, излучаемого черным телом 2, которая в конечном итоге
падающее на черное тело 1, меньше, но близко к 1. При тепловом равновесии
достигается, оба тепловых потока уравновешивают друг друга, так что:

, а затем следует, что:

С A ₂ меньше A ₁ и F A ₁ и F A ₁ и F A ₁ и F A ₁ и F A меньше 1, температура
Черное тело 2 больше, чем температура черного тела 1, когда равновесие
достигается. Это делает его вечным двигателем 2-го рода, потому что
теперь мы можем запустить тепловой цикл, используя черное тело 2 в качестве источника тепла и черное тело
1 в качестве радиатора и, таким образом, генерировать некоторую мощность.

Теперь давайте обсудим некоторые вещи, которые могут пойти не так, и
почему они до сих пор не удержали бы машину от нарушения закона.

1. Можно сказать, что идеальной вещи не существует.
черное тело, и нет ни идеального зеркала, ни идеального изолятора, ни
идеально прозрачная пленка. Верно, но 2-й закон должен применяться, даже если они
существовало, ибо оно основано на бесконечно медленных, идеальных процессах, которые являются
предел реальных процессов. Это просто несправедливо по отношению к кандидату на вечное движение.
машина, чтобы заставить ее иметь дело с неидеальными материалами. Ты можешь остановить что угодно,
в том числе машин, не нарушающих никаких законов, путем нагромождения трения, потерь,
и просачивается на них.

2. Существует подобный предполагаемый вечный двигатель на основе
на эллиптических зеркалах с черными телами в фокусах. Вы можете найти его здесь и здесь (любезно предоставлено профессором Л. Х. Палмером, от Саймона
Университет Фрейзера). Вот как это выглядит:

Зеркальная геометрия, предположительно, призвана придать больше энергии черному цвету.
тело 2, чем на другом, потому что часть света исходит от черного тела 2
будет отражаться обратно на себя, но не для черного тела 1, но это
только по внешнему виду. На самом деле, поскольку тела не являются математическими точками
некоторая часть энергии, исходящей от одного, не сможет ударить по другому (это
происходит для обоих тел), так что в конечном итоге устройство будет заполнено
равномерной интенсивности излучения, и поэтому оба тела окажутся в одном и том же
температура. Проблема здесь в том, что тот же самый аргумент не работает для
устройство, с которым мы имеем дело, поскольку все излучение, исходящее от черного тела 1
гарантированно упадет на 2, даже если это не математическая точка (и даже
лучше, если его нет), и любое излучение, которое, выйдя из черного тела 2,
не ударяет 1, а падает обратно на 2, только делает разницу температур
еще больше (через эффект ф < 1).

3.
Возможно также, что голографическая пленка не может управлять входящим излучением.
в точно параллельные лучи, а скорее в лучи, отклоняющиеся от
перпендикулярно до угла q , так что после отражения от
параболическое зеркало, они пропустят черное тело 2, что приведет к равномерному излучению
поле, как в устройстве, упомянутом в абзаце выше. Однако если q достаточно мало, лучи, отраженные от параболического зеркала, будут
сконцентрируйтесь в сфере радиусом e вокруг фокальной точки, где e является непрерывной функцией q с e(0) = 0. Если следует, что
нужно только выбрать сферическое черное тело 2 с радиусом больше e, , чтобы все излучение от черного тела 1 попало на него, что возвращает нас назад
к исходной ситуации. Для достаточно малого q T ₂ все равно будет больше, чем T ₁ .

4.
Другой аргумент заключается в том, что, поскольку патенты на фильмы показывают только фильмы, снятые
отражение, то машина выше не будет работать
потому что он работает за счет пропускания света через пленку. Это всего лишь
явная проблема. Во-первых, каждая отражательная голограмма имеет сопряженное пропускание.
голограмма, разница заключается в том, используется ли опорный луч для записи
голограмма размещается на той же стороне пленки, что и голографируемый объект (для пропускающих голограмм), или на другой
сбоку (для отражающих голограмм). Из этого следует, что, даже если патенты на фильмы
не говорить конкретно о трансмиссионных голограммах (а они должны), это
должна быть возможность сделать их, поместив эталонный луч на той же стороне
как объектный луч во время записи. Кроме того, действительно можно сделать
аналогичная машина, как показано выше, использующая голограмму, которая отражает свет в
единственном направлении, независимо от того, откуда оно исходит, как в
следующая цифра:

Как и в случае коробки передач, все
свет, исходящий от большого черного тела 1, будет падать на маленькое черное тело
2, а разница в площади поверхности гарантирует, что T ₂ > T ₁ .
Но этот случай еще более экстремальный, чем случай передачи, потому что, если
пленка отражает в одном направлении весь падающий на нее свет, то
делает это как для излучения, идущего от 1 до 2, так и для излучения
первоначально переход от 2 к 1, который в конечном итоге упадет обратно на черное тело 2.
Это означает, что тепловое равновесие никогда не будет достигнуто, так как никакая энергия
потоки от 2 до 1, а температура T ₂ может достигать сколь угодно высоких значений.

Проще
версия вышеупомянутого устройства не будет иметь параболического концентратора, как этот,
с использованием пленок, отражающих свет под углом 45 градусов:

Из-за геометрии свет с правой стороны никогда не
достигает левой стороны, поэтому черное тело справа будет продолжать получать
энергию излучением, не теряя при этом ничего. Эта установка действует как демон Максвелла для
фотоны, а не молекулы газа.

5. Можно сказать, что на практике не существует такой вещи, как
голографическая пленка, которая направляет весь падающий свет в
единое направление. Фактические прототипы, сделанные Terrasun (изобретатели упомянутых выше патентов), которые я видел в действии, собирают
свет всего с пары направлений и направить его широким лучом в другом направлении.
направление. Сомнительно, чтобы была идеальная или почти идеальная пленка для управления светом.
может быть сделано на практике, так как это потребует записи многих голограмм в
одиночная пленка и наложенные голограммы, хотя теоретически могут
сосуществовать, в конечном итоге мешают друг другу, поэтому они не могут работать. Так
следующий вопрос: насколько хорошо управляющие светом голограммы должны работать в
практики, чтобы они все еще могли быть основой вечного двигателя? Последний
машина выше нарушает 2-й закон, препятствуя обратному прохождению света,
без всякого сосредоточения, тогда как первый делает это сосредоточением, не нуждаясь
вообще односторонняя передача. Если оба эффекта сочетаются, как в машине в
середине, возможно, еще удастся добиться нарушения с несовершенной голографической
фильмы.

Например, пленка, которая вообще не управляет светом, но
просто предотвращает его отражение в определенной области, все еще может сформироваться
основа одностороннего светового клапана, как на картинке ниже:

Здесь пленка не будет отражать свет под определенным углом выключения
поверхность. Сформировав пленку в виде логарифмической спирали, можно
убедитесь, что свет, попадающий в устройство слева (или
правый), вышел бы из левого порта, даже если бы свет был иначе
рассеянный. Если «слепой угол» для отсутствия отражения не наступает, все
путь на поверхность, устройство было бы посложнее, но я не
поверьте, что было бы невозможно придумать пример.

Точно так же эффект концентрации не обязательно должен быть идеальным в
порядок работать. Даже концентрация из-за изменения показателя преломления
может помочь, если изменение достаточно сильное, как в этом устройстве:

Здесь голографической пленки нет вообще, а частичная
концентрация достигается за счет изменения показателя преломления
передающую среду, которую мы предполагаем не участвующей в излучении. После
пересекая границу раздела, излучение, идущее от черного тела 1, будет частично
выровнена по оси параболического зеркала в пределах полного отражения
угол интерфейса, определяемый как:

где n ₁ и n ₂ – показатели преломления прозрачных сред, контактирующих с черным
корпуса 1 и 2 соответственно. Этот угол измеряется от перпендикуляра
направлении так, что чем больше отношение показателей преломления, тем больше
выровнена по перпендикуляру (который также является осью
параболическое зеркало) будет свет. Как мы видели раньше, свет не нужен
быть полностью выровненным с осью параболического зеркала, чтобы ударить
поверхность меньше, чем поверхность излучения, что приводит к температурному дисбалансу.

Помимо всего прочего, голограммы, интерфейсы и другие компоненты
в устройстве не нужно одинаково хорошо работать со всеми длинами волн в
спектр, как на самом деле они не будут. Чтобы увидеть это, достаточно представить, что
поверхности черного тела покрыты фильтрующей пленкой или краской, которая позволяет
пройти определенную длину волны. Эта узкопроходная пленка, безусловно, идеальна,
но есть существующие фильмы, которые довольно хорошо аппроксимируют это поведение. В этом
случае все излучение, участвующее в обмене, будет одного
длина волны, но все, что мы обсудили выше, все еще сохраняется, и там
все равно будет дисбаланс теплопередачи и разница температур будет
созданный.

Вывод:

Меня бы, наверное, выгнали с работы профессора и
защитник 2-го закона термодинамики, если бы я сказал, что эти машины могут
работать, так что не скажу. Но я скажу так: они ставят меня в тупик
пока и иногда удается отнять у меня сон (ну, часть его, правда :-),
поэтому, пожалуйста, дайте мне знать, если вы придумаете более убедительный аргумент, почему они
не могут работать (кроме того, что они, похоже, нарушают 2-й закон
Термодинамика).