На главную страницу сайта, Вечный двигатель, Перпетуум мобиле, Perpetuum mobile

Мнимые перпетуум мобиле.

Не забудьте добавить в
 

Сегодня, по-видимому, уже никто не сомневается, что энергия перемещения масс воздуха, равно как и энергия, определяемая изменениями температуры и барометрического давления, ничего общего не имеет с теми тайными силами, которые, как считалось в прошлом, являлись причиной вечного движения, даже если источником этих сил оказывалась сама природа Земли или целая Вселенная. Естественно, что колебания температуры внешнего воздуха зависят от солнечного излучения; с изменениями этой температуры в свою очередь тесно связаны характер перемещений атмосферных масс и изменения барометрического давления. Однако же все эти процессы происходят лишь благодаря тому, что Солнце постоянно посылает на поверхность Земли все новые и новые порции энергии. Эта энергия (которую мы будем называть латентной, поскольку для многих исследователей прошлого она действительно оставалась тайной) очень часто оказывалась тем источником, к которому сплошь и рядом обращались изобретатели и сторонники перпетуум мобиле. Их устройства, черпавшие необходимую для своей работы энергию из этого латентного источника, во многих случаях функционировали достаточно успешно, что побуждало общественное мнение рассматривать эти машины как убедительное доказательство осуществимости вечного движения в условиях Земли. Неправильное понимание, а иногда и просто полное незнание принципов работы этих устройств приводили к новым попыткам решения проблемы перпетуум мобиле и постройке дальнейших вариантов этих машин.

В 1815 году в «Еженедельном вестнике искусств и ремесел королевства Баварии» появилось сообщение о новом перпетуум мобиле, автором которого был некий Рамис из Мюнхена. Этот перпетуум мобиле, полное описание которого приводит Иоганн фон Поппе в уже упомянутой нами книге, по существу представлял собой электрический маятник, который качался на опоре, помещенной, как показано на схеме 69, между сферическими электродами двух электрических элементов Замбони, вставленных внутрь стеклянных столбиков. Верхнее удлиненное плечо маятника оканчивалось стеклянной палочкой с металлическим шариком на конце. При касании сферического электрода одного из элементов на шарик переходила небольшая часть его электрического заряда. Поскольку тела, несущие на себе одноименные заряды, отталкиваются, маятник отклонялся в другую сторону, где шарик притягивался электродом противоположной полярности, который в свою очередь забирал его заряд, и весь процесс повторялся вновь в обратном направлении. С помощью удачных усовершенствований конструкции Рамису удалось использовать этот способ для приведения в действие маятниковых часов, которые благодаря энергии, запасенной в электрических элементах, могли идти очень долгое время.

После Рамиса созданием аналогичных часов занимался также Карл Стрейциг из Вероны. Отметим, что эти перпетуум мобиле не были совершенно оригинальными — как справедливо указывалось в тогдашней литературе, оба они основывались на идее весьма популярного в то время физического прибора-электроскопа, известного со времен самых ранних опытов с электричеством.

Еще одна значительная часть мнимых перпетуум мобиле получала необходимую для своей работы энергию в результате изменений барометрического давления. Одним из самых старых проектов подобного рода был барометрический вечный двигатель англичанина Кокса, относящийся к 70-м годам XVIII в. Внешний вид этого перпетуум мобиле, подробно описанного в «Геттингенском вестнике ученых» за 1775 г. и вновь упомянутого в уже известной нам книге И. фон Поппе, представлен на рисунке 71. В то же время из его упрощенной схемы, показанной на чертеже 70, легко видеть, что принцип действия этого устройства основывался на известном опыте Торричелли с заполненной ртутью трубкой. Главной частью машины Кокса являлся большой сосуд, в который было налито 200 кг ртути; его подвешивали на цепях и с помощью системы блоков уравновешивали специальным грузом. В этот сосуд с ртутью погружалась длинная стеклянная трубка с запаянным верхним концом, которую изобретатель перед запаиванием также наполнял ртутью до самого верха. При падении барометрического давления уровень ртути в трубке понижался, и часть ее вытекала в сосуд, который, утяжеленный весом вытекшей ртути, начинал опускаться; далее это движение передавалось на заводное колесо пружины часового механизма. Если атмосферное давление повышалось, тогда, наоборот, некоторое количество ртути выталкивалось обратно в трубку и противовес возвращал сосуд в исходное положение. Небольшого изменения давления внешнего воздуха оказывалось достаточно для завода часовой пружины на восьмисуточный запас хода.

Этот барометрический перпетуум мобиле привлек пристальное внимание английского ученого Фергюсона, о котором мы уже говорили ранее. Так, еще в 1774 г. он писал об этом устройстве:

«Я осмотрел вышеописанные часы, которые приводятся в непрерывное движение подъемом и опусканием ртути в своеобразно устроенном барометре. Нет основания полагать, что они когда-нибудь остановятся, поскольку накопляющаяся в них двигательная сила могла бы обеспечивать их ход в течение целого года даже после полного устранения барометра. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное знакомство с этими часами, по своей идее и исполнению они являются самым замечательным механизмом, какой мне когда-либо случалось видеть».

На рисунке 72 представлены другие часы, основанные на том же принципе, — современные часы модели «Атмос», выпускаемые в Швейцарии. В отличие от устройства Кокса они не имеют ртутного манометра; его роль играет плоский цилиндрический барабан, наполненный хлористым этилом — веществом, которое начинает испаряться уже при 12°С. В барабане помещается составленный из круговых мембран металлический мех, который растянут скрытой внутри его сильной стальной пружиной. Если температура воздуха в помещении повышается, расширяющиеся пары хлористого этила сдавливают мех. В случае понижения температуры пружина возвращает мембранный мех в исходное положение. При этом перемещение меха, по мысли швейцарских конструкторов, с помощью специальной цепи передается непосредственно на вал заводного механизма обычных пружинных часов. Изменения температуры окружающего воздуха на 1° C оказывается достаточным, чтобы обеспечить завод пружины на 28 часов хода часового механизма. Впрочем, если бы мы поместили эти часы в термостат со строго поддерживаемой постоянной температурой, то запаса энергии полностью заведенной пружины хватило бы для непрерывной работы этого хронометрического устройства в течение целых ста дней.

Аналогичная, хотя и несколько менее совершенная, идея использовалась в так называемых автодинамических часах, сконструированных во второй половине прошлого столетия австрийским инженером Лёсслем. Принцип работы его «вечного» приводного устройства заключался в следующем. Автор соединил два металлических меха, выполненные в форме цилиндров, с толстостенным резервуаром, вмещавшим 500 литров воздуха. При изменениях атмосферного давления эти меха растягивались или сжимались — максимальное же изменение длины мехов достигало 12 см. Этого изменения длины оказывалось достаточно, чтобы обеспечить завод пружины довольно крупных часов для непрерывного их хода в течение 80 дней.

В 1751 г. известный французский часовщик Ле-Плат из Нанси построил оригинальные «вечные» часы, схематически изображенные на схеме 73. Для своего опыта он взял обычные маятниковые часы и повесил их на стену со скрытым в ней воздушным каналом, сообщавшимся с комнатой через специальное отверстие. Когда двери в комнату открывались, более теплый, а потому и более легкий воздух из комнаты начинал проходить через канал в стене, выталкиваемый более холодным и более тяжелым наружным воздухом. На пути протекающего в канале воздуха Ле-Плат установил небольшую крыльчатку, приводившую во вращение передаточный механизм, который в свою очередь обеспечивал поднятие свинцовой гири часов.

Завод пружин хронометрических устройств с помощью протекающего воздуха, как это описал в 1755 г. Ле-Плат в своем «Трактате о часовом деле», являлся излюбленным приемом того времени, привлекавшим внимание многих исследователей. Подобные часы, построенные по принципу «сквозняка» (их, кстати, тоже часто принимали за перпетуум мобиле), устанавливались во многих общественных местах, например, на Северном вокзале в Брюсселе.

К несколько иному способу прибегнул в 1682 г. Иоганн Иоахим Бехер, с которым мы познакомились в предыдущих разделах: для завода часового механизма он использовал дождевую воду, стекавшую по крыше его дома. Через год он построил еще один самодвижущийся механизм, непрерывно работавший за счет изменений температуры окружающего воздуха. Об этом устройстве Бехер писал:

«...своим термоскопом (?) я могу заводить небольшие маятниковые часы, причем они будут идти так долго, пока у них что-нибудь не сломается...».

Следующим физическим явлением, на которое обратили внимание изобретатели мнимых перпетуум мобиле, было явление теплового расширения материалов. Один из наиболее старых анонимных проектов перпетуум мобиле, представленный на чертеже 74, знакомит нас с несколько тяжеловесной схемой «вечных» часов с непрерывным ходом. Главной частью их заводного механизма являются два стержня T1 и T2, упирающиеся в зубья храповиков k1 и k2, прочно скрепленных с рабочим колесом k. Стержни изготовлены из особого сплава с большим коэффициентом теплового расширения. Работа этого устройства осуществляется следующим образом. Если температура воздуха повышается, стержень T1 начинает поворачивать колесо k против часовой стрелки; другой стержень T2 вращает колесо k в том же направлении при уменьшении своей длины, т.е. в случае охлаждения окружающего воздуха. По мере вращения колеса k равномерно расположенные по его периметру небольшие черпаки постепенно заполняются ртутью и подают ее наверх к рабочему лотку, откуда ртуть самотеком поступает на лопастное колесо k3, непосредственно связанное с пружиной часов или барабаном, на который наматывается веревка гирьки-противовеса.

Гораздо более простой является схема 75. Автором ее был Пьер Жак Дроз, живший в середине XVIII в. в небольшом швейцарском городке Шо-де-Фон. Дрозу было хорошо известно, что коэффициенты теплового расширения различных металлов, например, стали и латуни, могут сильно различаться между собой. Поэтому он использовал в своем устройстве две прочно скрепленные полоски из этих металлов, зная, что изменения температуры могут вызвать в такой биметаллической полоске силы расширения, вполне достаточные для завода часовой пружины.

Другим примером мнимого перпетуум мобиле являются так называемые глицериновые часы, схема работы которых показана на рисунке 76. Главную роль в этом устройстве играет глицерин, заполняющий спиральную стеклянную трубку и часть цилиндра под поршнем. При повышении температуры окружающего воздуха цилиндр нагревается, глицерин увеличивается в объеме и, перемещая поршень, совершает работу по подъему груза-противовеса. Поскольку глицерин затвердевает при -30°С, это устройство может надежно работать лишь в том случае, если температура окружающей среды будет не слишком низкой. В то же время для непрерывной работы часов оказывается вполне достаточно малых колебаний температуры в пределах 2°С.

При чтении раздела о мнимых вечных двигателях, естественно, может возникнуть вопрос, не выгодно ли создавать по этому принципу крупные машины, которые можно было бы использовать, например, в промышленном производстве. И хотя совершенно ясно, что речь идет не о «настоящих» вечных двигателях, в современных условиях острой нехватки энергетических ресурсов энергия, полученная таким способом из окружающей среды, могла бы оказаться ценным подспорьем для человечества. В связи с этим попробуем хотя бы приблизительно подсчитать экономичность работы такой машины и затраты, связанные с ее изготовлением. Из опыта известно, что для суточного завода обычных ручных часов требуется работа, равная примерно 0,4Дж, что составляет около 5.10-6 Дж на каждую секунду хода часов. А поскольку 1кВт равняется 1000Дж/с, то мощность пружины нашего часового механизма составляет всего 5.10-9 кВт. Если расходы на изготовление основных частей описанного выше устройства, действующего по принципу теплового расширения, принять равными 0,01 рубля, то за машину мощностью 1кВт нам пришлось бы заплатить 2 млн. рублей. Конечно же, создание и использование таких дорогих источников энергии в широком масштабе абсолютно нерентабельно.

Одним из современных примеров мнимых перпетуум мобиле являлась популярная в послевоенные годы игрушка — стилизованная фигурка пьющей утки, схема 77. Туловищем утки служила стеклянная трубочка, верхний конец которой заканчивался шариком в виде утиной головы с клювом. Нижний конец трубочки был погружен в небольшой запаянный сосуд, наполненный эфиром. При этом эфир выбирался потому, что он легко испаряется уже при комнатной температуре и, кроме того, с изменением температуры резко меняется давление его насыщенных паров. Для того чтобы «оживить» утку, следовало лишь слегка смочить ее головку и поставить игрушку перед стаканом с водой. При этом утка, наклоняясь вперед, погружала свой клюв в воду, потом откидывалась назад, в вертикальное положение, снова наклонялась, окуная клюв в воду, и т.д.

Секрет действия этой игрушки легко понять, если посмотреть, как ведут себя пары эфира в двух местах — в трубочке с головкой и в нижнем сосуде. Так, если увлажнить головку утки водой, то вследствие испарения температура головки упадет ниже температуры окружающего воздуха. Для усиления этого эффекта на головке обычно укрепляется кусочек какого-либо пористого материала, например, ваты, который хорошо впитывает воду и интенсивно ее испаряет. В результате охлаждения головки давление насыщенных эфирных паров в ней падает, и эфир под действием паров в нижней части трубочки поднимается вверх. При этом центр тяжести фигурки перемещается по направлению к голове, и утка постепенно наклоняется вперед. В то же время при горизонтальном положении туловища-трубочки происходят два независимых процесса. Во-первых, утка опускает клюв в воду, так что ватный хохолок на ее головке вновь увлажняется. Во-вторых, насыщенные пары из верхней и нижней частей смешиваются, давление их выравнивается, и жидкий эфир под действием собственного веса вновь вытекает в нижний сосуд, в результате чего тело утки опять начинает выпрямляться. Весь цикл качаний этой игрушки будет повторяться до тех пор, пока головка утки будет увлажняться и пока окружающий воздух сам не окажется слишком влажным, с тем чтобы вода из хохолка могла нормально испаряться и охлаждать головку утки. Понятно, однако, что и в этом случае речь идет вовсе не о реальном перпетуум мобиле, поскольку постоянные качания утки происходят только благодаря тому, что в процессе этих качаний она отбирает тепло из окружающего воздуха.

Из приведенных примеров видно, что некоторые явления природы, по крайней мере внешне, оказываются в противоречии с повседневным опытом человека, — именно это обстоятельство являлось одной из причин возникновения иллюзий о возможности использования при создании вечных двигателей скрытых природных сил. Например, опыты с различными видами радиоактивных излучений, получившие широкое распространение в конце прошлого столетия, взбудоражив фантазию многих изобретателей, послужили мощным импульсом к созданию многочисленных проектов перпетуум мобиле, приводившихся в действие этими невидимыми лучами. Отметим, что в небольших масштабах для этих же целей некоторыми изобретателями использовалась энергия солнечного излучения.

В 1903 г. англичанин Дж. Стретт (лорд Рэлей) построил еще один мнимый перпетуум мобиле — так называемые радиевые часы, по виду и принципу действия также напоминавшие популярный тогда электроскоп, широко использовавшийся в физических исследованиях того времени. По оси стеклянной колбы рисунок 78 на тонкой кварцевой нити подвешивалась в вакууме запаянная с двух концов стеклянная трубочка с небольшим количеством радиевой соли. К нижнему концу трубочки прикреплялись два листочка тонкой золотой фольги. Хотя радиоактивные вещества испускают излучение трех типов — альфа, бета и гамма, в данном случае главную роль играло бета-излучение, которое состоит из отрицательно заряженных частиц-электронов и легко проходит через стекло. Испускаемые во все стороны электроны уносят с собой отрицательный заряд, в результате чего трубочка с радиевой солью заряжается положительно. Этот заряд передается и на золотые листочки, свободные концы которых под влиянием одноименных зарядов постепенно расходятся. При максимальном отклонении листочки касаются металлических электродов, размещенных вдоль внутренних стенок колбы. При этом они отдают свой заряд электродам и опять спадаются вместе. При накоплении новой порции заряда листочки снова расходятся и весь цикл повторяется заново.

Подобный процесс может продолжаться целые столетия, поскольку период полураспада радия составляет 1600 лет. Отметим, правда, что продолжительность одного цикла прибора Стретта, которая поначалу составляла 34 секунды, по мере убывания испускаемой радиевой солью энергии увеличивается, хотя и на ничтожную величину, так что с течением времени, постепенно использовав всю содержащуюся в радии энергию, эти часы мало-помалу должны остановиться.

Те же идеи были использованы в предложенном швейцарским физиком Грейнахером приборе, названном им радиевым перпетуум мобиле. Схема 79 была опубликована автором в «Известиях германского физического общества» за 1911 г. Накапливавшийся на латунной пластинке заряд с помощью тонкой нити, залитой в слое парафина, передавался на горизонтально расположенную металлическую иглу, совершавшую крутильные колебания на упругом проводящем подвесе. При повороте игла касалась боковых контактов и отдавала им свой заряд, который далее переходил на «корпус» прибора. Весь процесс колебаний мог повторяться до тех пор, пока на латунную пластинку в верхней части устройства попадало достаточное количество радиоактивного излучения.

В заключение раздела о мнимых перпетуум мобиле упомянем еще об одном устройстве — о так называемом радиоскопе или радиометре, представлявшем собой маленькую лопастную мельницу, помещенную внутрь стеклянной колбы, из которой выкачивался воздух — давление понижалось до 0,02 мм рт.ст. (=2,7 паскаля). Главную часть мельницы составляли четыре небольшие слюдяные лопатки, одна сторона которых была зачернена, а другая оставалась незачерненной; при этом сами лопатки могли вращаться вокруг вертикальной оси. Если лучи света, несущие тепловую энергию, попадали внутрь колбы, то зачерненные поверхности лопаток нагревались больше, нежели блестящие, так что немногие молекулы разреженного воздуха, остававшиеся в колбе, отлетали от них с большей скоростью. В результате зачерненной стороне лопаток передавался больший импульс, что и приводило всю мельницу во вращение.

Перечисленные в этом разделе примеры мнимых вечных двигателей показывают нам, что подобные устройства почти с самого начала сопровождали «настоящие» вечные двигатели. Незнание основных физических законов, вполне оправданное в XVII-XVIII вв., т.е. до открытия законов сохранения массы и энергии, приводило к тому, что изобретатели «предэнергетической» эпохи совершенно не представляли себе, что их машины черпают свою энергию не из какого-то таинственного «нутра», а из колоссальных природных источников Земли или Вселенной.

В истории же техники мнимые перпетуум мобиле так и остались игрушками, радующими глаз любителей курьезов, или даже источниками новых, подчас еще не раскрытых возможностей науки, в то же время абсолютно не оправдав ожиданий тех, кто с их помощью все-таки надеялся раскрыть тайну вечного движения.

 

Не забудьте добавить в
 

Чертежи, схемы и рисунки в тексте

Вечный двигатель схема

Рис.69 Основным элементом электрического вечного двигателя Рамиса, относящегося к началу XIX в., был маятник, который переносил электрические заряды между двумя гальваническими элементами Замбони, размещавшимися в боковых стойках.

Вечный двигатель чертеж

Рис.70 Схема работы барометрического перпетуум мобиле, предложенного англичанином Коксом в 1880-1890 гг.

Вечный двигатель схема

Рис.71 Барометрический вечный двигатель Кокса — по рисунку Фергюсона.

Вечный двигатель чертеж

Рис.72 Современные «вечные» часы модели «Атмос», выпускаемые одной из швейцарских фирм. Их ход обеспечивается небольшими изменениями температуры окружающего воздуха; для завода стальной пружины этих часов вполне достаточно изменения температуры в пределах 1-2 С.

Вечный двигатель схема

Рис.73 Схема так называемых «сквозняковых» часов Ле-Плата, построенных в 1751 г. Завод часов и перемещение управляющей заслонки обеспечивались с помощью небольшого лопаточного ветродвигателя, установленного в воздушном канале.

Вечный двигатель чертеж

Рис.74 Вечные водяные часы, приводимые в действие с помощью эффекта теплового расширения материалов. Вместо громоздкой системы с замкнутым водяным циклом было бы гораздо удобнее соединить расширительный механизм непосредственно с заводной пружиной обычных механических часов.

Вечный двигатель схема

Рис.75 Схема биметаллического заводного механизма «вечных» часов. Этот принцип использовал часовой мастер П. Ж. Дроз из Шо-де-Фона около 1750 г.

Вечный двигатель чертеж

Рис.76 Схема глицериновых вечных часов. Для их непрерывного хода вполне достаточно небольших изменений температуры в пределах 2 С.

Вечный двигатель схема

Рис.77 Схема «эфирного» перпетуум мобиле. Постоянное качание фигурки обеспечивается изменениями давления эфирных паров внутри трубки, которые возникают в результат периодического охлаждения и нагревания хохолка на головке, смачиваемого водой из стакана.

Вечный двигатель чертеж

Рис.78 Радиевые вечные часы Стретта, которые приводятся в действие радиоактивным излучением радиевой соли. Начальная частота расхождения листочков — 1 цикл за 34 с.

Вечный двигатель схема

Рис.79 Схема мнимого вечного двигателя Грейнахера, предложенного в 1911 г. Этот прибор должен был работать по тому же принципу, что и «вечные» часы Стретта.

 

Изобретатели, ученые и исторические личности упоминаемые на странице

Дроз Пьер Жак (1721 - 1790)
часовых дел мастер из Шо-де-Фона (Швейцария). Вместе со своим сыном Анри Луи занимался также постройкой разнообразных играющих и рисующих автоматов. Одна из его автоматических рисовальных машин, демонстрировавшаяся при дворе Людовика XV, якобы сама рисовала карандашом портрет короля, время от времени останавливаясь и, словно заправский рисовальщик, сдувая кусочки грифеля с бумаги.

Замбони Джузеппе, аббат (1776 - 1846)
итальянский физик, большую часть своих исследований посвятивший опытам с электричеством. В 1812 г. изобрел сухую электрическую батарею, так называемый столб Замбони, состоявшую из большого числа надетых на эбонитовую палочку кружков из посеребренной бумаги, пропитанных смесью меда и пиролюзита. Своим более поздним изобретением - батареей, в состав которой входил только один металл, - доказал, что для получения электрического тока не всегда необходимы именно два металла.

Ле-Плат Луи Антуан (умер в 1765)
парижский часовщик родом из Нанси, прославившийся постройкой так называемых воздушных "вечных" часов, принцип работы которых был подробно описан в парижском журнале Memoires de l'Academie за 1751 г.

 

:: НАВЕРХ ::

Что же такое перпетуум мобиле?
Наиболее ранние сведения о вечных двигателях.
Античная механика и перпетуум мобиле.
Первые попытки создания вечных двигателей.
Перпетуум мобиле в эпоху Возрождения.
Период наивысшего расцвета идеи perpetuum mobile.
Механические вечные двигатели.
Гидравлические вечные двигатели.
Опыты с магнетизмом.
Алхимия и перпетуум мобиле.
Сверхъестественные силы и магия.
Участие Церкви в споре о вечном движении.
Споры вокруг перпетуум мобиле.
Мнимые перпетуум мобиле.
Мошенничество с изобретением Орфиреуса.
Вечные часы из Шо-де-Фона.
Разгар дискуссии о вечном двигателе.
На пути к определению понятий работы и энергии.
Закон сохранения и превращения энергии.
Вечный двигатель второго рода.
Перпетуум мобиле из Нового Света.
Более современные вечные двигатели.
Возвращение к проблеме вечного движения в космическом веке.
Научная фантастика и перпетуум мобиле
Чертежи Схемы Рисунки
Изобретатели Ученые Исторические личности
Статьи
Рефераты, Курсовые работы, Дипломные работы, Доклады, Лекции, Шпаргалки
Интересно, Полезно
Контакты
Поиск по   сайту  web
 
 
Наши рефераты | Банк рефератов | Статьи и Проекты | Биографии | Контакты
 
Programming & design FarFor © 2005-2017