Mūžīgā kustība: definīcija, veidi un termodinamikas likumu pārkāpumi

Mūžīgā kustība: definīcija, tipi un termodinamikas likumu pārkāpumi — zinātniskas skaidrojums, vēsture un populārie mīti, kas atklāj šādu ierīču neiespējamību.

Ar mūžīgo kustību apzīmē kustību, kas pēc tās uzsākšanas turpinās mūžīgi, nepievienojot papildu enerģiju. Mašīna, ko var iedarbināt vienu reizi, turpinātu kustēties mūžīgi. Šāda ierīce vai sistēma būtu pretrunā enerģijas saglabāšanas likumam. Šis likums nosaka, ka enerģiju nevar ne radīt, ne iznīcināt, bet vienu enerģijas veidu var pārveidot citā.

Mūžīgās kustības mašīnas izgudrotājus interesē jau ilgu laiku, un, lai gan ir pierādīts, ka šāda mašīna nevar pastāvēt, cilvēki joprojām mēģina tās uzbūvēt. Daudzi vēsturiski mēģinājumi ir balstīti uz nepareizu izpratni par berzi, magnētismu, siltuma plūsmām vai par termodinamikas likumu nozīmi reālās sistēmās.

Veidi un klasifikācija

Mūžīgās kustības mašīnas parasti iedala trīs galvenajos tipos, atkarībā no tā, kuram termodinamikas likumam tie it kā pretotos:

• Mūžīgā kustība pirmās kārtas — ierīce rada enerģiju, no nulles vai vairāk darba nekā tajā iepludināts, tātad pārkāpj enerģijas saglabāšanas likumu (pirmo termodinamikas principu). Tipiski piemēri: "pārbīdītie svari" vai asiņojošas spoles, kurās mēģina iegūt nepārtrauktu griezes momentu bez enerģijas pieplūdes.
• Mūžīgā kustība otrās kārtas — ierīce pilnībā pārveido siltumu no viena temperatūras avota darba veikšanai bez cita siltuma rezervuāra, tātad pārkāpj otro termodinamikas likumu (entropijas pieauguma principu; konkrētāk — Kelvin–Planck vai Clausius formulācijas). Piemēri: ierīces, kas cenšas izvilkt darbu tikai no apkārtējā siltuma plūsmas bez temperatūras starpības.
• Mūžīgā kustība trešās kārtas — ierīce, kas it kā nekad nezaudē kustības enerģiju (piem., pilnīgi bezberzes mehānisms), tāpēc tā turpina kustēties mūžīgi. Šis tips bieži saskaras ar praktiskām problēmām — berzes, gaisa pretestības, elektromagnētiskām izstarošanām un kvantu/termiskām svārstībām, kas vienmēr rada enerģijas zudumus. Daži avoti trešās kārtas mašīnas saista ar trešo termodinamikas likumu (absolūtā nulles sasniegšana un entropijas uzvedība), bet galvenokārt jautājums ir reālu dissipāciju neizbēgamība.

Kāpēc mūžīgā kustība nav iespējama

Galvenie iemesli, kāpēc mūžīga kustība nav saskaņā ar mūsdienu fizikālo izpratni:

• Enerģijas saglabāšana (pirmais likums): nav novērots mehānisms, kas ļautu ģenerēt vairāk enerģijas, nekā sistēmā ievadīts, bez kāda ārēja avota. Ja ierīce šķietami rada enerģiju, parasti kādā brīdī tiek slēpts enerģijas avots vai aprēķinos ignorēti zudumi.
• Entropija un otrs likums: jebkurā reālajā procesā neizbēgami rodas dissipācija (siltums, haoss), un kopējā izolētās sistēmas entropija neitīri palielinās. Tas nozīmē, ka nav iespējams pilnībā pārvērst siltumu vienā darbu, ja nav temperatūras starpības, un nav iespējams iegūt pastāvīgu jaudu no vienas siltuma krātuves.
• Reālistiskie zudumi: berze, gaisa pretestība, elektromagnētiskā izstarošana, materiālu defekti un kvantu svārstības nodrošina, ka kustībai vienmēr būs nelieli zudumi. Pat ļoti mazi zudumi laika gaitā izbeigtu kustību vai prasītu papildus enerģijas pieplūdi, lai uzturētu to.

Īsi piemēri un vēsturiskas idejas

Vēsturiskās idejas un izgudrojumi, kas demonstrējuši centienus radīt mūžīgo kustību:

• Bhaskara un citu izgudrotāju "pārbīdītie rata" varianti — riteņi ar svaru pārbīdēm, kas it kā saglabā nelīdzsvarotību.
• Magnētiskie "perpetuum mobile" mēģinājumi, kuri apgalvoja, ka magnēti var nodrošināt nepārtrauktu piedziņu bez enerģijas zudumiem.
• Maxwella dēmons — domas eksperiments, kas uzdod izaicinājumu otrajam likumam, bet mūsdienu analīze iekļauj informācijas entropiju un izskaidro, kā tas neļauj būtīgai entropijas samazināšanai bez enerģijas izmaksām.
• Supervadītāji un krasi zema berzes sistēmas: piemēram, pastāvīgie strāvas cilpas supervadītājos var ilgi saglabāt plūsmu, bet tās nenodod brīvu darbu bez enerģijas izejas un nav praktiski izmantojamas kā bezizmaksas enerģijas avots.

Praktiskā atziņa un zinātnes loma

Zinātne nepieņem apgalvojumus par mūžīgo kustību, ja tie nav reproducējami un nav saderīgi ar pamatprincipiem, piemēram, termodinamikas likumiem. Ja kāds apgalvo, ka ir izveidojis mūžīgo kustību, tas prasa stingrus eksperimentus, neatkarīgu verifikāciju un paskaidrojumu, kur pazuda termodinamikas ierobežojumi. Vairumā gadījumu atrastas kļūdas eksperimentā, slēpti enerģijas avoti vai krāpniecība.

Secinājums

Mūžīgā kustība ir interesants un vēsturiski nozīmīgs jēdziens, kas ir palīdzējis precizēt termodinamikas principus un attīstīt enerģētikas izpratni. Tomēr, saskaņā ar mūsdienu fizikas likumiem un plašu eksperimentālu pierādījumu loku, mūžīgā kustība kā enerģijas avots bez papildu pieplūdes nav iespējama. Praktiski īstenojamas pieejas enerģijas taupīšanai un efektivitātes uzlabošanai (piemēram, frikcijas samazināšana, pareiza izolācija, efektīvi siltummaiņi) dod reālas priekšrocības, bet tās nav tas pats, kas mūžīgā kustība.

Meklēt pēc burta