Warum funktionieren Perpetuum mobiles nicht? – Netta Schramm

Die ganze Lektion unter: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-perpetual-motion-machines-ever-work-netta-schramm

Perpetuum mobiles – Geräte, die ohne äußere Energiequelle ewig laufen – haben die Fantasie zahlreicher Erfinder beflügelt, weil sie unsere Beziehung zur Energie völlig verändern könnten. Es gibt nur ein Problem: Sie funktionieren nicht. Warum nicht? Netta Schramm beschreibt die Fallstricke der Perpetuum mobiles.

Lektion von Netta Schramm, Animation von TED-Ed.

Etwa 1159 n. Chr.

entwarf ein Mathematiker
namens Bhaskara der Gelehrte

ein Rad mit gewölbten Behältern,

die Quecksilber enthielten.

Sein Gedanke war,
dass beim Drehen des Rades

das Quecksilber zum Boden
jedes Behälters fließen würde,

wodurch eine Seite des Rades stets
schwerer als die andere wäre.

Das Ungleichgewicht sollte
das Rad ewig weiter drehen.

Bhaskaras Zeichnung war
einer der ersten Entwürfe

eines Perpetuum mobile,

ein Gerät, das ohne externe
Energiezufuhr ewig arbeiten kann.

Stell dir ein Windrad vor, das die zum
Drehen benötigte Brise selbst erzeugt,

oder eine Glühbirne, deren Leuchten
den eigenen Strom liefert.

Solche Geräte haben die Fantasie
zahlreicher Erfinder beflügelt,

weil sie unsere Beziehung
zur Energie verändern könnten.

Wenn man zum Beispiel
ein Perpetuum mobile

mit Menschen als Teil seines völlig
effizienten Systems bauen könnte,

könnte es unbegrenzt Leben erhalten.

Es gibt nur ein Problem:

Sie funktionieren nicht.

Alle Ideen für ein Perpetuum mobile

widersprechen mindestens einem
Hauptsatz der Thermodynamik,

jenem Physikzweig, der das Verhältnis

zwischen unterschiedlichen
Energieformen beschreibt.

Nach dem ersten Satz lässt sich
Energie weder schaffen noch vernichten.

Es kommt nicht mehr Energie heraus,
als man hineinsteckt.

Das schließt ein nutzbares
Perpetuum mobile sofort aus,

da eine Maschine nur so viel Energie
erzeugen wie verbrauchen kann.

Es würde nichts übrig bleiben,
um ein Auto oder Telefon aufzuladen.

Was aber, wenn die Maschine
nur sich selbst bewegen soll?

Erfinder haben viele Ideen vorgeschlagen.

Einige davon sind Variationen von
Bhaskaras ungleichgewichtigem Rad

mit rollenden Kugeln oder Gewichten
an schwingenden Armen.

Keine davon funktioniert.

Die beweglichen Teile, die
eine Seite des Rades beschweren,

verschieben das Massenzentrum
unter die Achse.

Mit einem tieferen Massenzentrum

schwingt das Rad nur
hin und her wie ein Pendel

und hört dann auf.

Wie wäre es mit einem anderen Ansatz?

Im 17. Jahrhundert entwickelte
Robert Boyle die Idee

einer sich selbst gießenden Schüssel.

Seine Theorie war,
dass die Kapillarwirkung --

die Spannung zwischen
Flüssigkeit und Oberfläche,

die Wasser durch dünne Röhren zieht --

es durch die Schüssel
kreisen lassen könnte.

Ist die Kapillarwirkung stark genug,
um Schwerkraft zu überwinden

und Wasser heraufzuziehen,

würde sie aber auch sein Zurückfallen
in die Schüssel verhindern.

Es gibt auch Magnetversionen,
wie dieser Rampensatz.

Die Kugel soll von dem Magneten
hinaufgezogen werden,

durch das Loch hinunterfallen

und den Kreislauf wiederholen.

Sie scheitert wie die
selbstgießende Schüssel daran,

dass der Magnet einfach
die Kugel oben halten würde.

Selbst wenn die Bewegung
irgendwie weiter ginge,

würde die Kraft des Magneten
mit der Zeit abnehmen

und schließlich nicht mehr funktionieren.

Um die Bewegung aufrecht zu erhalten,

müssten sie zusätzliche
Energie produzieren,

um das System über
seinen Endpunkt zu schubsen,

was dem ersten Satz
der Thermodynamik widerspräche.

Einige scheinen zu funktionieren,

tatsächlich aber
beziehen sie stets Energie

aus einer externen Quelle.

Selbst wenn Ingenieure
eine Maschine entwerfen könnten,

die nicht den ersten Satz
der Thermodynamik verletzt,

würde sie dennoch wegen
des zweiten Satzes nicht funktionieren.

Nach dem 2. Satz der Thermodynamik

tendiert Energie zur Ausbreitung
durch solche Vorgänge wie Reibung.

Alle echten Maschinen
hätten bewegliche Teile

oder Kontakt mit Luft-
oder Flüssigkeitsmolekülen,

was eine geringe Reibung
und Wärme erzeugt,

sogar im Vakuum.

Wärme ist fliehende Energie,
die weiter ausströmt

und dabei die für die Bewegung
verfügbare Energie mindert,

bis die Maschine schließlich anhält.

Bisher haben diese Sätze der Thermodynamik

jedes Konzept ewiger Bewegung verhindert

und damit den Traum einer völlig
effizienten Energieerzeugung.

Aber wir können nicht ausschließen,

dass wir einmal doch
ein Perpetuum mobile entdecken,

weil wir immer noch so vieles
über das Universum nicht wissen.

Vielleicht stoßen wir einmal
auf andere Formen der Materie

und wir müssen die Sätze
der Thermodynamik überarbeiten.

Oder vielleicht gibt es ewige Bewegung
in winzigen Quantengrößen.

Mit großer Sicherheit aber werden wir
nie aufhören, danach zu suchen.

Das einzige bisher wirklich Ewige
ist wohl unsere Suche.