Почему вечный двигатель невозможен

Мечта о даровой работе

Вечный двигатель (латинское perpetuum mobile — «вечно движущееся») — воображаемое устройство, которое работало бы неограниченно долго и давало бы больше полезной работы, чем получило энергии извне ^[1].

Физики различают два вида таких машин^[1]:

• вечный двигатель первого рода — совершает работу без затрат топлива или любой другой энергии;
• вечный двигатель второго рода — превращает в работу всё тепло, извлечённое из окружающих тел.

Создать ни тот ни другой невозможно: первый противоречил бы первому закону термодинамики, второй — второму ^[1].

Законы, рождённые неудачами

Самое интересное: законы термодинамики выросли из неудач изобретателей. Оба начала термодинамики приняли как постулаты после многократного экспериментального подтверждения того, что вечный двигатель создать нельзя ^[1].

• Первое начало — это закон сохранения энергии: энергия не возникает из ничего. Получить работу «даром» нельзя^[1].
• Второе начало можно сформулировать так: нельзя построить периодически действующую машину, которая совершает работу только за счёт охлаждения одного источника тепла (постулат Кельвина). Или так: тепло само не переходит от холодного тела к горячему (постулат Клаузиуса)^[1].

Колесо Бхаскары

Один из первых известных механических вечных двигателей предложил индийский философ Бхаскара около 1150 года. На ободе его колеса наискось закреплены узкие сосуды, наполовину заполненные ртутью. Перетекая в сосудах, ртуть должна была создавать перевес на одной стороне — и колесо, по словам Бхаскары, «непрерывно вращается само по себе»^[1].

Это пример самой популярной идеи вечного двигателя — неуравновешенного колеса. Грузы на колесе устроены так, что на одной половине оборота они откидываются дальше от оси, а на другой — прижимаются ближе. Груз дальше от оси крутит колесо сильнее, значит, оно будет вращаться вечно^[2].

Но расчёт неверен. На той стороне, где грузы дальше от оси, их оказывается меньше, чем на другой. Моменты сил уравновешиваются — и колесо останавливается^[2].

Расцвет и разоблачения

В эпоху Возрождения изобретателей стало ещё больше. Первый патент на вечный двигатель выдали в 1635 году, а в XVI–XVII веках проекты таких машин потоком шли в патентные ведомства Европы^[1].

В 1712 году Иоганн Бесслер, изучив около 300 схем, предложил собственную модель. По легенде, его машину как хитрое мошенничество разоблачила служанка^[1]. Были и прямые шарлатаны, которые прятали в своих «вечных двигателях» скрытые источники энергии^[1].

К 1775 году проектов стало столько, что Парижская королевская академия наук постановила больше не принимать их к рассмотрению — из-за очевидной невозможности. А патентное ведомство США уже больше ста лет не выдаёт патентов на perpetuum mobile^[1].

«Почти вечные» двигатели

Существуют машины, которые работают неопределённо долго — пока не износятся детали — без вмешательства человека. Их называют даровыми или псевдовечными двигателями. Законов физики они не нарушают: просто берут энергию извне — от Солнца, радиоактивного распада, суточных колебаний температуры или давления ^[1].

В 1760-х годах Кокс изобрёл часы, которые заводятся от изменений атмосферного давления. Такие часы существуют и сегодня^[1][2]. Есть и другие примеры: знаменитый Оксфордский электрический звонок работает от сухих батарей^[2].

Сегодня наука считает идею настоящего вечного двигателя псевдонаучной^[1]. Но поиски не прошли даром: опыты изобретателей помогли физикам понять природу тепловых машин^[1].