Вечный двигатель: определение и история¶

Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) — воображаемое устройство, которое, будучи однажды запущенным, совершает работу неограниченно долгое время без подвода энергии извне. Согласно законам термодинамики, создание вечного двигателя невозможно, так как первый закон (закон сохранения энергии) запрещает работу без источника энергии, а второй закон (закон возрастания энтропии) — полное преобразование теплоты в работу без потерь. Различают вечный двигатель первого рода (нарушающий первый закон термодинамики) и вечного двигателя второго рода (нарушающий второй закон). Попытки создания perpetuum mobile известны с древних времён и продолжаются до сих пор, несмотря на научные доказательства их неосуществимости.

¶История

¶Древний мир и Средневековье

Первые описания проектов вечного двигателя относятся к индийской и арабской культурам. В XII—XIII веках в Европе появляются чертежи механических устройств, основанных на принципе вращающегося колеса с перекатывающимися грузами (например, колесо Виллара де Оннекура, около 1235 года). В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи критиковал такие проекты, но сам создавал эскизы «самодвижущихся» механизмов, в том числе с использованием водяных колёс и архимедовых винтов.

¶XVII—XVIII века: расцвет изобретательства

В XVII веке, с развитием механики, число проектов вечных двигателей резко возросло. Английский врач и алхимик Роберт Фладд (1574—1637) предложил «водяной двигатель», работающий за счёт циркуляции воды. В 1649 году Джон Уилкинс опубликовал трактат «Математическая магия», где систематизировал известные проекты. В 1712 году немецкий инженер Иоганн Бесслер (известный как Орфиреус) демонстрировал колесо, которое, по его утверждениям, вращалось без внешнего источника энергии. В 1717 году колесо осмотрела комиссия во главе с Готфридом Лейбницем, которая не обнаружила явного обмана, но позже выяснилось, что механизм приводился в движение скрытым помощником.

¶XIX век: научное опровержение

В 1824 году французский физик Сади Карно в работе «Размышления о движущей силе огня» заложил основы второго закона термодинамики, показав, что тепловая машина не может иметь КПД 100 %. В 1840-х годах Юлиус Майер, Джеймс Джоуль и Герман Гельмгольц сформулировали закон сохранения энергии, окончательно доказав невозможность вечного двигателя первого рода. В 1850 году Рудольф Клаузиус дал математическую формулировку второго закона, исключающую вечный двигатель второго рода. Несмотря на это, в XIX веке продолжали появляться проекты, например, «двигатель Кили» (1872) и «гидравлический двигатель» Джона Уоррена (1880-е), которые впоследствии были разоблачены как мошенничества.

¶XX—XXI века: современные попытки

В XX веке интерес к вечному двигателю сохранялся, но перешёл в сферу псевдонауки. В 1910-х годах американский изобретатель Джон Кили заявлял о создании «двигателя на эфире», но его демонстрации оказались мистификацией. В 1950-х годах в СССР и США появлялись проекты «магнитных двигателей» (например, «двигатель Перендеева»), которые не получили подтверждения. В 1990-х годах с развитием интернета распространились схемы «вечных двигателей» на постоянных магнитах, гравитации или вакууме, но ни один из них не прошёл независимой проверки. В 2010-х годах компании, такие как «Steorn» (Ирландия), заявляли о создании «свободной энергии», но их устройства не были признаны научным сообществом.

¶Классификация

¶Вечный двигатель первого рода

Устройство, которое совершает работу без потребления энергии из внешнего источника, нарушая закон сохранения энергии. Примеры: механические системы с перекатывающимися грузами, водяные колёса с рециркуляцией воды, магнитные двигатели, якобы работающие за счёт взаимодействия магнитов.

¶Вечный двигатель второго рода

Устройство, которое преобразует теплоту из окружающей среды (например, из воздуха или воды) в работу без создания разности температур, нарушая второй закон термодинамики. Примеры: гипотетические «тепловые насосы» без внешнего источника энергии, устройства, извлекающие энергию из теплового движения молекул.

¶Псевдовечные двигатели

Реальные устройства, которые могут работать длительное время без подзарядки, но не являются вечными в строгом смысле. Например, солнечные батареи, питающие электродвигатель, работают только при наличии света; атомные батарейки (радиоизотопные термоэлектрические генераторы) имеют ограниченный срок службы из-за распада изотопов.

¶Научное обоснование невозможности

¶Первый закон термодинамики

Энергия не может быть создана или уничтожена; она может только переходить из одной формы в другую. Вечный двигатель первого рода предполагает получение энергии из ничего, что противоречит этому закону. В замкнутой системе полная энергия остаётся постоянной, поэтому работа может совершаться только за счёт убыли внутренней энергии или подвода энергии извне.

¶Второй закон термодинамики

Теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему; для преобразования теплоты в работу необходима разность температур. Вечный двигатель второго рода пытается извлечь работу из теплового равновесия, что невозможно, так как энтропия изолированной системы не может уменьшаться. Даже если бы такое устройство существовало, оно бы нарушало принцип возрастания энтропии.

¶Теорема Нернста (третий закон термодинамики)

При абсолютном нуле температуры энтропия системы стремится к нулю, но достичь абсолютного нуля невозможно. Это не прямо запрещает вечный двигатель, но ограничивает возможности тепловых машин.

¶Практические попытки и разоблачения

¶Механические проекты

Колесо Орфиреуса (1717): вращающееся колесо диаметром 3,6 м, которое, по заявлениям, работало 54 дня. Разоблачено как скрытый привод.
Колесо с перекатывающимися грузами (XIII—XIX века): грузы, перекатываясь, должны были создавать дисбаланс, но из-за трения и потерь энергии колесо останавливалось.

¶Магнитные двигатели

Двигатель на постоянных магнитах (XX век): предполагалось, что магниты, расположенные по кругу, будут отталкивать друг друга, создавая вращение. Однако сила магнитного поля консервативна, и работа не может совершаться без внешнего источника.
Устройство Джона Кили (1872—1898): заявлял о создании «двигателя на эфире», но его демонстрации были признаны фальшивыми; после смерти Кили в его лаборатории нашли скрытый пневматический привод.

¶Гидравлические системы

Водяной двигатель Роберта Фладда (1618): вода, падая на колесо, должна была подниматься обратно с помощью винта Архимеда. Из-за трения и потерь энергии система не могла работать циклически.

¶Современные проекты

Steorn Orbo (2006): ирландская компания Steorn заявила о создании «свободной энергии» на основе магнитных полей. В 2009 году независимая экспертиза не подтвердила работоспособность устройства.
Генератор на нулевой точке (2010-е): гипотетические устройства, якобы извлекающие энергию из вакуума. Научных доказательств не существует.

¶В науке

Вечный двигатель стал символом невозможности нарушения фундаментальных законов физики. Его изучение способствовало формулировке законов термодинамики и развитию энергетики. В XIX веке патентные ведомства многих стран (например, США и Великобритания) перестали принимать заявки на вечные двигатели без физического доказательства работоспособности.

¶В массовой культуре

Образ вечного двигателя используется в литературе, кино и играх как символ бесконечной энергии или утопической технологии. Примеры: роман Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой» (1870) — подводная лодка «Наутилус» использует электричество, но не является вечным двигателем; фильм «Назад в будущее» (1985) — «потоковый конденсатор» работает на плутонии, но не perpetuum mobile.

¶В псевдонауке

Вечный двигатель остаётся популярной темой среди изобретателей-любителей и сторонников «свободной энергии». В России и других странах существуют сообщества, пропагандирующие «вечные двигатели» на магнитах или гравитации, что противоречит научным данным. Патентные ведомства, включая Роспатент, отказывают в регистрации таких устройств.

¶Интересные факты

В 1775 году Французская академия наук приняла решение не рассматривать проекты вечного двигателя, так как они «не могут быть доказаны».
В 1918 году в США был выдан патент на «вечный двигатель» (US Patent 1,275,609), но позже он был аннулирован.
В 2012 году российский изобретатель Виктор Перендеев запатентовал «магнитный двигатель» (патент РФ № 2453960), но эксперты отметили, что устройство не может работать без внешнего источника энергии.
В СССР в 1950-х годах была создана комиссия по борьбе с лженаукой, которая рассматривала проекты вечных двигателей и публиковала разоблачения.

¶Источники

Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Том 1, глава 4 «Сохранение энергии».
Карно С. Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. — 1824.
Клаузиус Р. О движущей силе теплоты. — 1850.
Орлов В. В. Вечный двигатель: история и современность. — М.: Наука, 1985.
Петров Ю. П. Вечный двигатель: от мифа к реальности. — СПб.: Изд-во СПбГУ, 2003.
Энциклопедия «Кругосвет»: статья «Вечный двигатель».
БСЭ (Большая советская энциклопедия): статья «Perpetuum mobile».

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru