Комплексные числа
мотеком переливаться из верхнего сосуда в нижний.
Возникает вопрос — как же можно использовать сифон для подъема воды,
если его назначение обратное — слив воды? Однако именно такая
парадоксальная идея была выдвинута около 1600 г. и описана в книге «Новый
театр машин и сооружений» (1607 г.) городским архитектором города Падуи
(Италия) Витторио Зонка. Она заключалась в том, чтобы сделать короткое
верхнее колено сифона толще — больше по диаметру (D>>d). В этом случае,
считал Зонка, вода в левом, толстом колене несмотря на его меньшую высоту
перевесит воду в тонком колене и сифон потянет ее в противоположном
направлении — из нижнего сосуда в верхний. Он писал: «Сила, которая
проявляется в толстом колене, будет тянуть то, что входит через более узкое
колено». На этом принципе и должен был работать вечный двигатель Зонки.
Сифон забирал воду из нижнего водоема в узкую трубу; вода из широкой трубы
сливалась в сосуд, расположенный выше водоема, откуда она подавалась на
водяное колесо и сливалась снова в водоем. Колесо через вал вращало
мельничий жернов.
Эта оригинальная машина, естественно, работать не могла, так как по
законам гидравлики направление движения жидкости в сифоне зависит только от
высот столбов жидкости и не зависит от их диаметра. Однако во времена Зонки
об этом четкого представления у практиков не было, хотя уже в работах
Стевина по гидравлике вопрос о давлении в жидкости был решен. Он показал
(1586 г.) «гидростатический парадокс» — давление жидкости зависит только от
высоты ее столба, а не от ее количества. Широко известным это положение
стало позже, когда аналогичные опыты были вновь и более широко поставлены
Блезом Паскалем (1623-1662 гг.), но и они не были поняты многими инженерами
и учеными, по-прежнему считавшими, что чем шире сосуд, тем больше давление
содержащейся в нем жидкости. Жертвами подобных заблуждений были иногда даже
люди, работавшие на самом переднем крае современной им науки и техники.
Примером может служить Дени Папин (1647-1714 гг.) — изобретатель не только
«папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а
главное первых перовых машин с цилиндром и поршнем. Папин даже установил
зависимость давления пара о температуры и показал, как получать на основе
ее вакуум, и повышенное давление. Он был учеником Гюйгенса, переписывался с
Лейбницем и другими крупными учеными своего времени, состоял членом
английского Королевского общества и Академии наук в Неаполе. И вот такой
человек, который по праву считается крупным физиком и одним из
основоположником современной теплоэнергетики, работает над вечным
двигателем! Более того, он предлагает такой perpetuum mobile, ошибочность
принципа которого была совершенно очевидна и современной ему науке. Он
публикует этот проект в журнале «Философские труды» (Лондон, 1685 г.).
Идея вечного двигателя Папина очень проста — это по существу
перевернутая «вверх ногами» труба Зонки. Из широкого сосуда выходит тонкая
трубка, конец которой расположен сверху над сосудом. Папин полагал, что,
поскольку в широком сосуде вес воды больше, его сила должна превосходить
силу веса узкого столба в тонкой трубке, вода будет постоянно сливаться из
конца тонкой трубки в широкий сосуд. Остается только подставить под струю
водяное колесо и вечный двигатель готов!
Очевидно, что на самом деле так не получится; поверхность жидкости в
тонкой трубке установится на том же уровне, что и в сосуде, как в любых
сообщающихся сосудах.
Судьба этой идеи Папина была той же, что и других вариантов
гидравлических вечных двигателей. Автор к ней больше не возвращался,
занявшись более полезным делом — паровой машиной.
В дальнейшем было предложено еще много гидравлических вечных
двигателей и с другими способами подъема воды, в частности капиллярных и
фитильных. В них предлагалось жидкость поднимать из нижнего сосуда в
верхний по смачиваемому капилляру. Действительно, поднять жидкость на
определенную высоту таким путем можно, но те же силы поверхностного
натяжения, которые обусловили подъем, не дадут жидкости стекать с капилляра
в верхний сосуд.
Основная идея вечных двигателей второго рода.
Утверждение закона сохранения энергии — первого закона термодинамики —
сделало попытки создать perpetuum mobime-1 абсолютно безнадежным занятием.
И хотя они все еще продолжаются, «генеральное направление» мыслей
создателей вечных двигателей изменилось. Новые варианты вечных двигателей
рождаются уже в полном согласии с первым началом термодинамики; сколько
энергии поступает в такой двигатель, ровно столько же и выходит. Эти
двигатели даже называют иначе, чтобы избежать термина «вечный двигатель».
Тем не менее, несмотря на согласие с первым законом и маскирующие
названия, эти двигатели остаются типичными perpetuum mobile и сохраняют их
основной признак — абсолютную невозможность осуществления.
Дело в том, что соблюдение какого-0либо одного, даже очень важного
закона вовсе не гарантирует возможность того или иного явления. Каждое из
них определяется несколькими законами. Поэтому оно может происходить только
в том случае, если не нарушает ни одного из тех законов, которые к нему
относятся.
В частности, для любых тепловых машин соблюдение первого начала
термодинамики необходимо, но не достаточно. Существует еще и второе начало
термодинамики, соблюдение требований которого столь же обязательно. Новые
вечные двигатели, о которых пойдет речь ниже, относятся именно к тепловым
машинам; они могли бы работать, только нарушая ограничения, полагаемые
вторым законом термодинамики. Поэтому такой двигатель и был назван «вечный
двигатель второго рода». Впервые этот термин ввел известный физико-химик
В.Оствальд в 1982 году по аналогии со старым классическим perpetuum mobile-
1.
Кто придумал первый perpetuum mobile-2, установить трудно; во всяком
случае, они появились не ранее последней четверти XIX века. В принципах
вечных двигателей второго рода нет такого разнообразия, как в принципах
создания вечного двигателя первого рода. Основная идея perpetuum mobile-2
едина для всех самых разнообразных проектов.
Ведущий идеолог данного направления профессор В.К.Ощепков ставит
задачу таким образом: «…отыскать такие процессы, которые позволили бы
осуществить прямое и непосредственное преобразование тепловой энергии
окружающего пространства в энергию электрическую. В этом я вижу величайшую
проблему современности». И далее: «…открытие способов искусственного
сосредоточения, концентрации рассеянной энергии с целью придания ей вновь
активных форм будет таким открытием в истории развития материальной
культуры человечества, что … можно сравнить разве только с открытием
первобытным человеком способов искусственного добывания огня».
Если вникнуть в существо перспектив рассматриваемой идеи, то она
сводится к тому, что рассеянная «тепловая энергия» окружающего пространства
«извлекается», концентрируется и превращается в электрическую энергию,
способную производить работу. Нарушения первого закона термодинамики здесь
нет. Сколько энергии забирается из «окружающего пространства», столько и
превращается в электроэнергию.
Такая идея, действительно, чрезвычайно заманчива. «Концентрированная»
энергия использовалась бы для нужд человечества, «рассеивалась» бы при этом
в окружающей среде, а затем ее можно было бы снова «концентрировать» и
пускать в дело. В энергетике человечества осуществился бы вечный круговорот
энергии, который позволил бы сразу «убить двух зайцев» — снять как проблему
поиска источников энергии, так и проблему теплового, химического и
радиационного загрязнения окружающей природы.
Чтобы проанализировать все стороны этой грандиозной идеи научно,
нужно прежде всего уточнить используемую ее авторами терминологию,
перевести ее на современный научный язык.
Прежде всего отметим, что «окружающее пространство» само по себе
энергии не содержит. Энергия содержится только в материальной среде
(веществе или поле), заполняющей это пространство. Поэтому правильно было
бы говорить «окружающая среда». Но и такая формулировка тоже не годится.
Термин «окружающая среда» имеет разное содержание в зависимости от того,
как его использовать. Здесь могут быть два случая.
В первом случае под окружающей средой понимают все то, что находится
вне границ системы (в данном случае двигателя). Это означает, что в
окружающую среду входят по крайней мере атмосфера, гидросфера и литосфера
земли, в которых существуют разности давления, температур и химического
состава. Следовательно, она включает и запасы топлива, гидроэнергетические
ресурсы и так далее. Другими словами в окружающей среде, определяемой таким
образом, нет равновесия.
Используя неравновесность в окружающей среде, человек всегда получал
необходимую ему энергию как в форме теплоты, так и в форме работы. Если бы
эта среда была равновесной, то есть вся имела бы один и тот же усредненный
и равномерно распределенный химический состав, одну и ту же температуру,
одно давление, один уровень во
| |  скачать работу |
Комплексные числа |
