Igavene liikumine (perpetuum mobile): määratlus ja miks see võimatu on

Avasta, mis on igavene liikumine (perpetuum mobile), miks see rikub energia säilimise ja termodünaamika seadusi ning miks sellist masinat ei saa ehitada.

Igavene liikumine tähendab liikumist, mis jätkub igavesti, kui see on alanud ilma lisaenergiat lisamata. Üks kord liikuma pandud masin jätkab liikumist igavesti. Selline seade või süsteem oleks vastuolus energia säilimise seadusega. See seadus sätestab, et energiat ei saa luua ega hävitada, kuid ühte energiavormi saab muuta teiseks.

Perpetuum mobile on leiutajaid huvitanud juba pikka aega ja kuigi on tõestatud, et sellist masinat ei saa eksisteerida, püütakse seda ikkagi ehitada.

Perpetuum mobile on liigitatud erinevateks liikideks. Iga tüüp rikub erinevat termodünaamika seadust:

Siin on põhjalikum selgitus, miks igavene liikumine (perpetuum mobile) füüsika seisukohast ei ole võimalik, ja millised on selle tüübid ning tavalised eksitused:

Peamised tüübid ja mida nad rikuvad

• Perpetuum mobile esimese liigi seadmed väidavad, et toodavad energiat rohkem, kui neile antakse — see rikub energiaseaduse ehk esimest termodünaamika seadust. Selline seade looks energiat välja tühjast, mis on füüsikas lubamatu.
• Perpetuum mobile teise liigi seadmed väidavad, et suudavad soojust täielikult muuta tööks ilma kõrvalise mõjuta (näiteks ilma soojusallika jahenemata). See rikub teist termodünaamika seadust, mis ütleb, et soojuse täielik ja pöördumatu muundamine tööks ilma entropia kasvu kompenseerimata ei ole võimalik (Kelvin–Plancki sõnastus).
• Perpetuum mobile kolmanda liigi kirjeldused viitavad seadmetele, mis püüavad kõrvaldada kõik hõõrdumised ja soojuskahjud, nii et keha liiguks igavesti inertsi tõttu. Kuigi vähendatud kadudega süsteemid (näiteks superkondensaatorid või hõõrdumata laagrid) võivad püsida väga kaua, ei suuda need ilma välise energiavarustuseta toota kasulikku tööd lõpmatuseni, sest füüsikalised efektid nagu elektromagnetiline kiirgus, kvantfluktuatsioonid ja muu välistavad absoluutse kadude puudumise.

Miks need seadmed praktikas ebaõnnestuvad

• Energia säilimine. Esimene termodünaamika ütleb, et süsteemi koguenergia muutus on võrdne süsteemi tehtud töö ja vastuvõetud soojuse summaga. Perpetuum mobile'i puhul nõutatav energiavoo tekkeks peaks olemas olema peidetud energiaallikas või vigane mõõtmine.
• Entropia ja soojuse vood. Teine termodünaamika näitab, et kõik reaalmaailma protsessid tekitavad entropiat (häirumatust) — põhimõtteliselt ei ole võimalik soojusest alati ja täielikult tööks muunduda ning taastada algset seisundit ilma lisakuluta.
• Hõõrdumine ja kadud. Isegi kui konstrueerida koht, kus mehaaniline hõõrdumine on minimaalne, on alati muid energialekkeid: õhutakistus, vibratsioonide hajumine, elektromagnetiline kiirgus, materjalide sisehädad (anelaastne deformatsioon) ja nii edasi.
• Termilised ja kvantilised efektid. Mikroskaalal toimivad soojusmüra ja Browns'i liikumine — need ei ole konstantsed “energiaallikad”, mida saaks korrapäraselt ja ära kasutada töö tegemiseks ilma kulu tasakaalustamata. Maxwelli deemoniga seotud mõttekatsetes tuli täpsustada informatsiooni ja entroopia seos; see ei anna võimalust seaduslikult entropiat vähendada ilma kuluta.
• Püsivvool ja superkonduktsioon ei loo energiat. Näiteks superconducting-rõngas võib hoida voolu väga pikka aega ilma nähtava kadu, kuid see vool ei tooda kasulikku tööd lõpmatuseni ilma välise välgu või energiavoolu taaskäivitamiseta — hetkel tekkinud voolu ei ole võimalik taastoota või suurendada ilma energiat lisamata.

Ajaloolised katsed ja tüüpilised pettused

Inimkond on katsetanud mitmesuguste „ülekaaluvate rataste“, keerukate hammasrattaste, magnetseadmete ja kuulsate „üleüldiste“ masinatega (nt Bhaskara ratta, Bessleri ratas jm). Paljud lõid ajutiselt muljetavaldava liikumise, kuid kõigis juhtudel osutus kasuks, et kas keegi oli süsteemist varjatud energia juurde lisanud või mõõtmised olid ebatäpsed.

Tänapäeval on punased lipud: väited „100% tõestatud“ või „patenditud“ ilma sõltumatu kordusena; ebamäärased seletused, saladused või keeldumine demonstreerimast sõltumatule kontrollile; mõõtmata või valesti esitletud energiabilansid.

Kuidas eristada realistlikke uuendusi ja müüte

• Hea teaduslik praktika nõuab täielikku energiabilansi — kõik sisendid ja väljundid tuleb mõõta ja avaldada.
• Sõltumatu kordus ja laborikatsetused kinnitavad väiteid: ilma korduseta on tegemist väitega, mitte tõestusega.
• Efekti parandamine ja efektiivsuse suurendamine (nt päikesepaneelide parem muundamine, madalama hõõrdumise laagrid) on täiesti reaalsed ja kasulikud — need ei ole perpetuum mobile’id, vaid tõhusamad energiakasutajad.

Mis tasub meeles pidada kokkuvõtlikult

Perpetuum mobile on idee, mis rikub fundamentaalseid füüsikaseadusi — peamiselt energia säilimise ja termodünaamika seadusi. Kuigi ajaloos ja tänapäeval on palju leiutisi ja väiteid, mis näivad pakkuvat „üleüldist“ energiat, ei ole ükski saanud sõltumatult kinnitust, mis ei eelda varjatud energiapanust või vigast lähtumõõtmist. Tõeline teadus töötab pidevalt selle nimel, et muuta energia muundamine efektiivsemaks ja vähendada kadusid — need on realistlikud viisid, kuidas saavutada „rohkem tööd vähem energiaga“, ilma füüsika põhiseadusi rikkumata.

Otsing