Вечные двигатели: история проблемы — презентация
Вечные двигатели: история проблемы — презентация
Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемВиктория Михайлова
Похожие презентации
Презентация по предмету «История» на тему: «Вечные двигатели: история проблемы «. Скачать бесплатно и без регистрации. — Транскрипт:
1 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы «Московский городской педагогический университет» Информационно-поисковый исследовательский проект Вечные двигатели: история проблемы. Исполнитель: Михайлова Виктория студентка 1 курса Факультет: Дошкольного Образования Москва, 2012 год
2 Цели изучить историю создания проектов вечных двигателей; рассмотреть различные проекты вечных двигателей; ответить на вопрос: «Почему невозможно создать вечный двигатель?»
3 Вечный двигатель, перпетуум-мобиле (лат. perpetuum mobile, буквально — вечное движение), воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. Вечный двигатель противоречит закону сохранения и превращения энергии и неосуществим. Возможность работы такой машины неограниченное время означала бы получение энергии из ничего. Первые проекты вечного двигателя относятся к 13 в. Широкую популярность эта идея получила в вв., в эпоху перехода к машинному производству; до 19 в. количество проектов вечных двигателей неуклонно возрастало. В середине 19 в., с установлением закона сохранения энергии, была доказана принципиальная неосуществимость вечного двигателя.
4 Какие существуют вечные двигатели? Вопрос: Какие существуют вечные двигатели? Ответ: Никакие. Но, несмотря на это, существует классификация вечных двигателей.
5 Виды Вечный двигатель первого рода предполагал работать без извлечения энергии из окружающей среды. Вечный двигатель второго рода — это машина, которая уменьшает энергию теплового резервуара и целиком превращает ее в работу без каких либо изменений в окружающей среде.
6 Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приемов или их комбинаций: 1)подъем воды с помощью архимедова винта; 2) подъем воды с помощью капилляров; 3)использование колеса с неуравновешивающимися грузами; 4)природные магниты; 5)электромагнетизм; 6)пар или сжатый воздух.
7 Архимедов винт Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает. тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо — винт! Этот проект скрупулезно рассмотрел и опроверг в середине 17 века Джон Уилкинс, епископ Честерский. Уилкинс обнаружил, что поднимаемая вода не образует значительного потока и не сможет вращать винт.
8 Колесо с неуравновешенными грузами. Это самая «долгоживущая» идея вечного двигателя. По замыслу изобретателя шары на одной стороне колеса, находясь ближе к краю, своим весом заставят колесо вертеться. Однако в рассуждении есть физическая ошибка. Ее обнаружил Симон Стевин. Он пришел к выводу, что система может быть уравновешена, если брать проекции на интересующие нас направления.
9 Вечный двигатель, основанный на законе Архимеда. В этих конструкциях используется замкнутая в кольцо цепочка из тел легче воды, часть из которых находится в воде, а часть вне ее. Автор проекта уверял, что правые шары, всплывая под действием силы Архимеда, заставят вращаться колеса. В действительности этот двигатель работать не будет. Входящие в воду шары движутся против архимедовой силы, к тому же входят в воду они внизу, где на них действует сила давления всего столба воды, которая больше, чем сила Архимеда.
11 Все рассмотренные проекты вечных двигателей относятся к двигателям первого рода. Вечный двигатель первого рода предполагал работать без извлечения энергии из окружающей среды. Принцип их работы нарушает I закон термодинамики: любая машина может совершать работу над внешними телами только за счет получения из вне количества теплоты Q или уменьшения своей внутренней энергии U. Вечный двигатель второго рода — это машина, которая уменьшает энергию теплового резервуара и целиком превращает ее в работу без каких либо изменений в окружающей среде.
12 Вечный двигатель так никто построить и не смог, хотя попытки изобрести его делались уже давно и продолжают делать в настоящее время. Бесплодность этих попыток привела к твердому убеждению в невозможности вечного двигателя и к установлению закона сохранения энергии — фундаментального утверждения современной науки. Что касается вечного движения, то под этим выражением подразумевается непрекращающееся движение без совершения работы.
13 Итоги Возможность создания вечного двигателя противоречит двум основным законам физики: закону сохранения энергии и I закону термодинамики. Все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что невозможно создать вечные двигатели ни первого, ни второго рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго закона термодинамики.
Вечные двигатели и эффект казино
Говорят, что создать вечный двигатель может только человек, незнакомый с термодинамикой. И, наверное, в этих словах есть доля истины. Ведь очень многое в этом мире, сделавшее его другим, создавалось не профессионалами, а новичками, которые достигали успеха просто потому, что не знали, что так нельзя сделать.
Всем известен эффект казино: новичок может выиграть довольно много денег просто потому, что он новичок. Конечно, это в итоге ничем хорошим не заканчивается (таково уж свойство игры в казино), но речь здесь не столько о концовке, сколько об эффекте новизны.
Можно долго размышлять о том, почему это происходит именно таким образом. Наверняка можно даже построить психологическую теорию (и не одну — если она ещё не построена) эффекта казино. Я, конечно, не психолог и не претендую на правильность и объективность моего мнения, но, на мой взгляд, здесь, помимо очевидного отсутствия следования общепринятым шаблонам, очень важную роль играет также нацеленность на конечный результат. Новичок в каком-либо деле просто не знает тех мест, где можно сэкономить усилия, и старается, если он действительно нацелен на результат, сделать всё идеально. Это зачастую ничуть не менее важно, чем новизна мышления, поскольку, в конечном итоге, зачастую именно гениальная реализация тривиальной идеи оказывается куда более востребованной, чем посредственная реализация идеи гениальной.
К чему я веду весь этот разговор? К тому, что в связи с мировым кризисом, влияние которого испытывает на себе и ИТ-индустрия (а тому, кто не верит, что и она испытывает, достаточно почитать новости), как никогда необходимы свежие и нетривиальные решения, она должна обратиться как раз таки к новичкам. Но в реальности мы, конечно же, увидим диаметрально противоположную картину. Работодатели будут стараться оставлять на работе наиболее опытных сотрудников, поскольку в условиях кризиса принимать на работу людей без опыта работы и обучать их чересчур расточительно. Кризис — это, к сожалению, не то время, когда можно безболезненно вкладывать деньги в далёкую (и, на сегодняшний день, довольно туманную) перспективу. Возможен, конечно, и другой вариант, особенно реальный для аутсорсинговых компаний. При действительно серьёзных проблемах с заказчиками проектов и, соответственно, с деньгами они, напротив, могут постараться сократить самых опытных, самых квалифицированных и, соответственно, наиболее высокооплачиваемых работников, оставив «офисный планктон» для поддержания видимости того, что фирма находится на плаву.
Впрочем, кажется, я несколько отвлёкся от темы заметки. Что ж, прошу прощения. Итак, об эффекте казино и вечных двигателей. Конечно, фирме было бы глупо поручать разработку вечного двигателя вчерашнему выпускнику филфака (ну или даже профессору, имеющему докторскую степень по языкам финно-угорской группы) на том только основании, что он не знает первого и второго начал термодинамики. Гораздо разумнее нанять на работу человека с опытом разработки вечных двигателей. Но проблема только в том, что таких людей нет. Именно потому фирмы не разрабатывают вечные двигатели. Они разрабатывают двигатели дизельные, электрические, реактивные — по ним есть специалисты.
Конечно, вечный двигатель — это метафора. Термодинамика, к сожалению, не та дисциплина, с которой нельзя считаться, и именно поэтому в 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя. Однако существует ничуть не меньше вещей, которые кажутся нереализуемыми, но на самом деле имеют большой потенциал. Вы, конечно, спросите меня, что именно я имею в виду, но конкретные примеры, увы, вне моей компетенции. Мы знаем, что когда-то люди не верили в то, что кому-то может понадобится иметь дома компьютер. Для того, чтобы человечество получило новые возможности, решило какие-то свои проблемы (породив попутно массу новых), чтобы, в конце концов, не останавливался прогресс.
Вы можете спросить, к чему же это всё было сказано? К тому, что кризис — это такое время, когда ломаются привычные стереотипы поведения, и на первое место вместо шаблонов выходит умение нестандартно мыслить в нестандартной рыночной ситуации. Именно поэтому мы имеем шанс увидеть воочию, как старые игроки, оказавшиеся недостаточно гибкими, уступают место новым, не имеющим большого опыта в той отрасли, в которую они пришли. А многие новые игроки будут более склонны к формированию собственной команды из тех, кто ещё не набил руку в предметной области, а потому мыслит широко и нестандартно. И если им, способным поверить в возможность создания вечного двигателя, будет сопутствовать удача, характерная для новичков благодаря эффекту казино, то мы сможем увидеть множество очень интересных новшеств. Не факт, конечно, что они будут сразу благосклонно восприняты рынком, но рано или поздно они найдут своего потребителя и, кто знает, может быть, даже смогут изменить всю ИТ-индустрию.
Вечные двигатели уже работают в
Примерно в 1159 году нашей эры математик по имени Бхаскара Просвещённый нарисовал колесо, в котором имелись закруглённые резервуары для ртути. Он полагал, что колесо будет вращаться, а ртуть будет перекатываться на дно каждого резервуара, постоянно утяжеляя одну половину колеса. Благодаря этому дисбалансу колесо будет вращаться вечно. Рисунок Бхаскары является одним из первых проектов по созданию вечного двигателя — механизма, который работал бы неограниченное время без притока энергии. Представьте себе мельницу, которая бы вырабатывала ветер, вращающий её лопасти. Или лампочку, горение которой производило бы в ней электричество. Подобные устройства не давали покоя многим изобретателям, поскольку они могли бы изменить наши представления об энергии. Например, если бы можно было изобрести вечный двигатель и элементом этой превосходно работающей системы были бы люди, то с помощью его можно было бы поддерживать жизнь вечно. Но существует одна проблема. Это невозможно. Все замыслы в отношении вечных двигателей нарушают одно или несколько фундаментальных начал термодинамики — области физики, изучающей взаимодействие различных форм энергии. Первое начало термодинамики гласит, что энергию нельзя создать или уничтожить. Нельзя извлечь больше энергии, чем потребить. Это сразу исключает работающие на практике вечные двигатели, поскольку механизм может произвести ровно столько энергии, сколько получит. Не останется «лишней» энергии, чтобы зарядить автомобиль или телефон. Но что, если заставить сам механизм вечно работать? Изобретатели выдвинули ряд идей и на этот счёт. Некоторые из них в чём-то похожи на вечное колесо Бхаскары, только в нём катаются шарики или веса раскачиваются на веревочках. Ни одно из них не сработало. Подвижные части, утяжеляющие одну сторону колеса, смещают также центр тяжести вниз, ниже оси. Если центр тяжести смещается вниз, колесо раскачивается взад-вперёд, как маятник, а затем останавливается. А что, если пойти другим путём? В XVII веке Роберт Бойль предложил идею самонаполняющегося сосуда. Он считал, что благодаря явлению капиллярности — притяжению жидкостей к поверхности, из-за чего вода течёт вверх по тонким трубкам — можно будет заставить воду циркулировать в сосуде. Но даже если эффект капиллярности и способен преодолеть силу притяжения и заставить воду течь вверх, то он же не даст ей вылиться сверху в сосуд. Также существуют задумки с магнитами, например, эта с наклонными плоскостями. Магнит сверху притягивает шарик, который проваливается в отверстие, и всё повторяется. Но и этот эксперимент, как и сосуд, обречён на неудачу: магнит просто будет удерживать шарик и не даст ему упасть. Даже если шарик и будет двигаться, со временем сила магнита ослабнет, и механизм перестанет работать. Чтобы каждое из этих «изобретений» продолжало работать, они должны вырабатывать дополнительную энергию, которая поддерживала бы работу системы после её остановки, что является нарушением первого начала термодинамики. Есть некоторые устройства, которые, казалось бы, работают, но в реальности оказывается, что они получают энергию из других внешних источников. Даже если инженеры когда-нибудь и придумают механизм, чья работа не нарушала бы первое начало термодинамики, на практике ей всё равно не работать из-за второго начала. Второе начало термодинамики подразумевает, что энергия распределяется в ходе процессов, таких как трение. Любой из настоящих механизмов будет иметь подвижные части, или он будет взаимодействовать с воздухом или с молекулами жидкости, которые будут создавать малейшее трение и нагревание даже в вакууме. Это нагревание и означает, что высвобождается энергия и что происходит её потеря, в результате чего энергии будет хватать до тех пор, пока неизбежно механизм не остановится. До сих пор из-за этих двух начал термодинамики на неудачу обречены не только все попытки изобрести вечный двигатель, но и мечты о максимально эффективном получении энергии с его помощью. Однако нельзя окончательно заявить, что вечный двигатель не изобрести никогда, потому что мы ещё очень многого не понимаем в устройстве Вселенной. А что, если мы обнаружим новые, неведомые формы материи, что заставит нас пересмотреть начала термодинамики? А что, если в крохотных масштабах квантов существует вечное движение? Можно быть уверенными, что мы никогда не прекратим искать. В этом смысле единственная вещь, которая поистине вечна, — это наши поиски.
Гении и мошенники изобретают Perpetuum Mobile
Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщенной ему энергии (КПД больше 100 процентов).
И все таки, действительно ли эта проблема целиком принадлежит прошлому? Всем ли ясна мысль о неосуществимости вечного движения и невозможности построить Perpetuum Mobile?
Возможно ли чудо?
Ученые-статистики и картотеки патентных бюро свидетельствуют, что далеко не все настолько скептичны. С незапамятных времен в человеческом характере были скрыты стремление и потребность исследовать, изобретать, строить новые машины, решать сложные и запутанные проблемы. Если начать перелистывать увесистые тома технических энциклопедий, то может показаться, что нынешнее время со всеми своими невероятно хитроумными машинами почти не оставляет человеку возможностей для исследования не решенных пока задач. И все таки на свете всегда находится достаточно людей, которые, отвергая всеобщие законы механики и физики, неустанно продолжают свои несчетные попытки изобрести машину всех машин – вечный двигатель.
С психологической точки зрения идея вечного движения всегда была крайне заманчива: ведь практическая реализация искусственно созданного замкнутого энергетического цикла, несомненно, привела бы к эпохальному перевороту в науке и технике с глубокими общественно-экономическими последствиями.
Кроме отрицания современных физических теорий, это означало бы, что построенный вечный двигатель стал бы первой в мире машиной с идеальным рабочим циклом. Его совершенство и максимальная эксплуатационная экономичность оказали бы огромное влияние на развитие мировой экономики. Человечество навсегда избавилось бы от страха перед нехваткой энергии, который неумолимо преследует его сегодня. Тем самым разработка такого реального вечного двигателя затмила бы все сделанные до сих пор изобретения и открытия.
Современная классификация
Сегодня существует даже классификация вечных машин: вечный двигатель первого рода – это двигатель, способный бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов, но его существование противоречит первому началу термодинамики. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. И вечный двигатель второго рода – воображаемая машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу все тепло, извлекаемое из окружающих тел. Но это противоречит второму началу термодинамики.
И первое и второе начала термодинамики были введены как постулаты после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у ученых не остается никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, а создание вечного двигателя невозможно.
Родом из Индии
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 века, хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия.
Так, Бхаскара в своем стихо-творении, датируемом примерно 1150 годом, описывает некое колесо с прикрепленными на-
искось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического вечного двигателя 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. Гравюра с чертежом вечного двигателя была найдена и среди рисунков Леонардо да Винчи.
Тайна Бесслера
Высшей точки развития механические вечные двигатели достигли благодаря Иоганну Эрнсту Элиасу Бесслеру (1680 1745). Жизнь Бесслера, славившегося дурным характером, является хорошей иллюстрацией полезности патентного права. Свой вечный двигатель изобретатель хотел продать за сто тысяч талеров (около двух с половиной миллионов долларов по сегодняшнему курсу) и никому не соглашался раскрыть секрет изобретения до продажи. При малейшем подозрении, при малейшем намеке на то, что секрет хотят похитить, Иоганн Бесслер уничтожал чертежи и прототипы и переезжал в другой город. Немудрено, что многие считали его мошенником или безумцем.
Однако если Бесслер и был мошенником, то мошенником гениальным. Но при этом неудачливым. Хотя изобретатель никому не позволял заглянуть внутрь сконструированных им механизмов, он охотно показывал свои двигатели и даже устраивал публичные демонстрации. В 1719 году Бесслер под псевдонимом Orffyreus публикует трактат «Perpetuum Mobile Triumphans», в котором, в частности, утверждает, что ему удалось создать «мертвую материю, которая не только двигает себя, но может использоваться для поднятия весов и выполнения работы». Двумя годами раньше прошла самая впечатляющая демонстрация изобретения Бесслера. Вечный двигатель с диаметром вала больше 3,5 метра был приведен в действие 17 ноября 1717 года. В этот же день комната, в которой он находился, была заперта, и открыли ее только 4 января 1718 года. Двигатель все еще работал: колесо крутилось с той же скоростью, что и полтора месяца назад.
За семь лет активных экспериментов (1712 19) Бесслер построил более трехсот прототипов двух моделей вечного двигателя. В первых прототипах колесо вращалось только в одну сторону, и, чтобы его остановить, требовалось приложить значительные усилия, в поздних – вал мог крутиться в любом направлении и останавливался довольно легко. Любая из конструкций Бесслера не просто находилась на энергетическом самообеспечении. Энергии хватало и на то, чтобы выполнять какую нибудь работу: например, поднимать тяжести.
Изобретатель несколько раз безуспешно пытался продать свое творение, замаскировав его под более привычные для обывателя устройства (самоиграющий орган, неиссякающий фонтан и т. д.) В дальнейшем Бесслер уничтожает все построенные прототипы. Принципы действия двигателей Бесслера точно не известны. Был ли Бесслер мошенником, гениальным инженером или безумцем, наверное, уже не узнать. Тем не менее и сегодня многие верят, что Иоганну Бесслеру удалось в начале XVIII века построить вечный двигатель, тайна которого канула в Лету вместе со своим создателем. Энтузиасты внимательно изучают сохранившиеся документы, пытаясь найти в них зашифрованные инструкции, и обмениваются между собой гипотезами о том, за счет чего вертелись колеса двигателей Бесслера.
Самые неудачные конструкции
На рисунке 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет собой 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 соответствии 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, то оно останется неподвижным: причина 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 рисунке 2 показано устройство еще 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 колесами, 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, приведенной 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.
Что в итоге?
Вечный механизм остается романтической мечтой подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой. Сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществленных. Хитроумные механизмы, которые, казалось, вот-вот должны были заработать, но почему то оставались в неподвижности. Разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов…
Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какая то тайна, что то, что заставляет людей искать и искать его секрет. Несмотря на то что еще в 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из за очевидной невозможности его создания (в Российской Федерации заявки на патентование вечного двигателя не рассматриваются).
Владимир Некрасов, генеральный директор Contour Components:
Насколько я знаю, закон сохранения энергии все еще работает. Значит, вечный двигатель, как движитель, не потребляющий энергии, – штука, к сожалению, невозможная.
С другой стороны, с точки зрения пользы, если полезное устройство потребляет энергию, но бесплатную и бесконечную, то для пользователя это будет вполне себе вечный двигатель. Примеры таких устройств уже есть.
Тепловой насос – вырабатывает тепло или электричество из разницы температур.
Закапываем часть в землю, другая часть находится в воздухе. Получаем отопление для коттеджа. Зимой вода в реке имеет температуру +4 градуса, а воздух – отрицательную. Эта разница температур – вечный источник энергии для северных стран.
Можно использовать атмосферное давление. На нас постоянно давит столб воздуха с давлением в 1 атмосферу. Строим трубу из легкого и прочного углеволокна длиной в несколько километров, которую удерживает аэростат.
Получаем тягу, которая крутит турбину. Это вечный источник электроэнергии.
