Чому вічні двигуни не працюють? - Нетта Шрамм

Повну версію уроку можна переглянути тут: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-perpetual-motion-machines-ever-work-netta-schramm

Вічні двигуни — механізми, що можуть працювати вічно без використання зовнішнього джерела енергії — захоплювали уяву багатьох винахідників, тому що вони можуть повністю змінити наш погляд на енергію. Існує лише одна проблема: вони не працюють. А чому? Нетта Шрамм розповідає про підводні камені вічних двигунів.

Урок — Нетта Шрамм, анімація — TED-Ed.

Близько 1159 року нашої ери

математик Бхаскара ІІ

намалював проект колеса, що складалося
з резервуарів, наповнених ртуттю.

Він вважав, що по мірі обертання колеса

ртуть буде переливатися
на дно кожного резервуара,

і таким чином, один бік колеса
завжди буде важчим за інший.

Дисбаланс дозволить
колесу обертатися вічно.

Креслення Бхаскари були першими
ескізами вічного двигуна,

приладу, що здатен працювати безперервно,

не потребуючи при цьому
зовнішнього енергоджерела.

Уявіть вітряк, що виробляє вітер,
необхідний для свого обертання,

або лампу розжарення, чиє сяйво
перетворюється на струм, що живить її.

Такі прилади захоплювали
уяву багатьох винахідників,

бо вони можуть змінити
наше сприйняття енергії.

Наприклад, якби можливо
було створити вічний двигун,

частиною ідеального механізму
якого була б людина,

то він би зміг підтримувати вічне життя.

Існує лише одна проблема.

Вони не працюють.

Всі проекти "перпетуум мобіле"

порушують один чи більше
основних законів термодинаміки,

галузі фізики, що вивчає зв'язок

між різними формами енергії.

У першому законі термодинаміки
говориться про те,

що енергію неможливо створити або знищити.

Неможливо отримати енергії
більше, ніж було вкладено.

Такий закон миттєво виключає можливість
існування вічного двигуна,

тому що машина здатна виробити

стільки енергії, скільки
вона споживає, — і не більше.

Не залишиться додаткової енергії для
зарядки телефона або заводу автомобіля.

А якщо енергія потрібна
лише для роботи машини?

Винахідники пропонували багато ідей.

Деякі з них були схожі на колесо Бхаскари

з кульками або вантажами
на стрілках, що коливаються.

Жодна з них не працює.

Частинки, що рухаються, також
поступово обтяжують один бік колеса

і переміщують центр ваги нижче вісі.

При низькому центрі ваги

колесо коливається туди-сюди, як маятник,

а потім зупиняється.

Як щодо іншого підходу?

У ХVII столітті Роберт Бойль
запропонував ідею

самополивної чаші.

Він вважав, що капілярний ефект —

тяжіння між рідинами та поверхнями,

що змушує воду текти по тонких трубках —

створить кругообіг води у посудині.

Та якщо капілярний ефект
настільки сильний,

що може подолати гравітацію
та підняти воду по трубі,

він також не дозволить
їй виливатися у посудину.

Є ще версія з магнітами,
як наприклад, цей набір рамп.

Кулька має притягуватися магнітом догори,

падати крізь отвір,

і повторювати цикл.

Цей проект не працює, бо,
як і з самополивною чашею,

магніт просто буде
тримати кульку притягнутою.

Навіть якби це якимось чином і спрацювало,

потужність магніта знизилась би з часом,

і він би перестав виконувати свою функцію.

Щоб ці механізми працювали,

їм необхідно виробляти додаткову енергію,

що б не дозволяла системі виснажуватися,

порушуючи таким чином
перший закон термодинаміки.

Ось приклади пристроїв, що,
на перший погляд, працюють,

але насправді, вони все ж
споживають енергію

з зовнішнього джерела.

Навіть якби інженери створили машину,

яка б не порушувала
перший закон термодинаміки,

вона б не працювала через другий закон,

який говорить про те,
що енергія розсіюється

шляхом таких процесів,
як наприклад, тертя.

Будь-яка машина має рухливі частини,

або взаємодіє з молекулами
повітря або рідини,

що виділяє крихітний об'єм тертя та тепла,

навіть в умовах вакууму.

Тепло — це вивільнення енергії,

і цей процес буде продовжуватися,

доки енергії для приведення
в рух машини не залишиться

і вона неминуче зупиниться.

До цих пір ці два закони термодинаміки

заводили у безвихідь кожну
з ідей вічного двигуна

і руйнували мрії про
абсолютну енергоефективність,

уособленням якої він є.

Хоча, важко з упевненістю заявити про те,

що ми ніколи не відкриємо вічний двигун,

тому що існує так багато
незвіданного нами у всесвіті.

Можливо, ми віднайдемо
нові незвичайні форми матерії,

що змусять нас переглянути
закони термодинаміки.

А можливо, вічний рух існує
на крихітних квантових частинках.

З упевненістю можна сказати лише те,

що ми ніколи не перестанемо досліджувати.

Поки що дійсно вічним
залишається лише наш пошук.