Dlaczego perpetuum mobile nie działa? - Netta Schramm

Zobacz całą lekcję na: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-perpetual-motion-machines-ever-work-netta-schramm

Perpetuum mobile to urządzenie poruszające się nieustannie bez pobierania energii z zewnątrz. Pobudza wyobraźnię wielu wynalazców, ponieważ jego stworzenie mogłoby całkowicie zmienić nasz stosunek do energii. Jest tylko jeden problem: te urządzenia nie działają. Dlaczego? Netta Schramm opisuje pułapki perpetuum mobile.

Lekcja: Netta Schramm, animacja: TED-Ed.

Około 1159 roku

matematyk Bhaskara Uczony

zaprojektował koło zawierające
wygięte pojemniki z rtęcią.

Zakładał, że przy obrocie koła

rtęć będzie przelewać się
na dno każdego zbiornika,

sprawiając, że po jednej stronie
koło zawsze będzie cięższe.

Brak równowagi miał
utrzymywać je w ciągłym ruchu.

Szkic Bhaskary był jednym
z najstarszych projektów

perpetuum mobile,

urządzenia wiecznie poruszającego się
bez pobierania energii z zewnątrz.

Wyobraźcie sobie wiatrak napędzany
wytwarzanym przez siebie podmuchem wiatru.

Albo żarówkę, której światło
generuje własny prąd.

Urządzenia te pobudzają
wyobraźnię wielu wynalazców,

ponieważ mogą zmienić
nasz stosunek do energii.

Gdyby zbudować perpetuum mobile,

którego idealnie wydajny system
składałby się częściowo z ludzi,

mogłoby ono podtrzymywać
życie w nieskończoność.

Jest tylko jeden problem.

Urządzenia te nie działają.

Wszystkie pomysły na perpetuum mobile

są sprzeczne z zasadami termodynamiki,

dziedziny fizyki opisującej związek

między różnymi rodzajami energii.

Pierwsza zasada termodynamiki mówi,
że energia nie tworzy się i nie znika.

Nie można otrzymać więcej energii,
niż się dostarczyło.

To wyklucza stworzenie perpetuum mobile,

ponieważ maszyna może wyprodukować
tylko tyle energii, ile jej zużywa.

Nie zostałoby nic do napędu samochodu
czy doładowania telefonu.

A gdyby stworzyć maszynę
wiecznie napędzającą tylko samą siebie?

Wynalazcy przedstawili wiele pomysłów.

Kilka z nich było wariantami koła Bhaskary

z toczącymi się kulkami czy ciężarkami
wiszącymi na ruchomych ramionach.

Żaden z nich nie działał.

Ruchome części obciążające
jedną część koła

przenoszą środek ciężkości
w dół poniżej osi obrotu.

Przy takim jego umiejscowieniu

koło tylko huśta się jak wahadło
raz w jedną, raz w drugą stronę,

by w końcu się zatrzymać.

Co z innymi pomysłami?

W XVII wieku Robert Boyle

wymyślił samonapełniający się zbiornik.

Rozumował, że zjawiska kapilarne

wynikające z przyciągania
między cieczą a powierzchnią,

które przepycha wodę przez cienkie rurki,

powinny pozwolić wodzie
krążyć w zbiorniku w nieskończoność.

Ale jeśli zjawiska kapilarne
mogą pokonać siłę grawitacji

i podciągnąć słup wody,

to również zapobiegają
jej ponownemu opadnięciu.

Istnieją też wersje z magnesami,
jak ten zestaw ramp.

Zadaniem magnesu na górze
jest przyciągnięcie metalowej kulki,

która następnie ma wpaść do otworu

i powtórzyć cały cykl.

To nie działa, gdyż podobnie
jak w przypadku zbiornika z wodą,

magnes zatrzymuje kulkę na górze.

Nawet jeśli kulka by spadła,

siła magnesu z czasem zaczęłaby słabnąć,

a w końcu przestałaby działać.

Aby móc poruszać się w nieskończoność,

maszyny musiałyby wytwarzać
dodatkową energię,

która zapobiegłaby
zatrzymaniu się systemu.

To niezgodne z pierwszą
zasadą termodynamiki.

Niektóre urządzenia wydają się
poruszać w nieskończoność,

ale w rzeczywistości pobierają energię

z zewnętrznego źródła.

Nawet gdyby udało się
zaprojektować maszynę

zgodną z pierwszą zasadą termodynamiki,

urządzenie i tak nie zadziałałoby
z powodu drugiej zasady.

Druga zasada termodynamiki mówi,

że energia rozchodzi się
w takich procesach jak tarcie.

Każde takie urządzenie
składa się z ruchomych części

albo wchodzi w interakcję
z cząstkami powietrza lub cieczy,

co generuje niewielkie tarcie i ciepło,

nawet w próżni.

Ciepło to uciekająca energia,

więc będzie jej coraz mniej

do napędzania maszyny,

która w końcu musi się zatrzymać.

Obecnie dwie zasady termodynamiki

nie pozwalają stworzyć perpetuum mobile

i zrealizować marzeń o wygenerowaniu
idealnie wydajnej energii.

Nie można jednak wykluczyć,
że nigdy ono nie powstanie,

bo wszechświat wciąż kryje wiele zagadek.

Być może odkryjemy nowe formy materii

i będziemy musieli określić
zasady termodynamiki na nowo.

Być może wieczny ruch istnieje
w mikroskali na poziomie kwantów.

Możemy być tylko pewni,
że nigdy nie przestaniemy go szukać.

Jak dotąd naprawdę wieczne
są jedynie nasze poszukiwania.