‘≥зика > ƒругий закон термодинам≥ки та його значенн¤

г) “рет≥й початок термодинам≥ки (теорема Ќернста) : ентроп≥¤ ф≥зичноњ системи п≥д час наближенн¤ температури до абсолютного нул¤ не залежить в≥д параметр≥в системи ≥ залишаЇтьс¤ незм≥нною. ≤нш≥ формулюванн¤ теореми: при наближенн≥ температури до абсолютного нул¤ вс≥ зм≥ни стану системи не зм≥нюють њњ ентроп≥њ; за допомогою к≥нцевоњ посл≥довност≥ термодинам≥чних процес≥в не можна дос¤гти температури,що дор≥внюЇ абсолютному нулю. ћ.ѕланк доповнив теорему г≥потезою, в≥дпов≥дно до ¤коњ ентроп≥¤ вс≥х т≥л при абсолютному нул≥ температури дор≥внюЇ нулю. « теореми випливають важлив≥ насл≥дки про властивост≥ речовин при температурах, близьких до абсолютного нул¤: набувають нульового значенн¤ питом≥ теплоЇмност≥ при сталому обТЇм≥ ≥ тиску.  р≥м того, ≥з теореми випливаЇ недос¤жн≥сть абсолютного нул¤ температури при к≥нцевому стан≥ термодинам≥чних процес≥в.

якщо перший початок термодинам≥ки п≥дтверджуЇ, що теплота Ї форма енерг≥њ, що вим≥рюЇтьс¤ механ≥чною м≥рою, ≥ неможлив≥сть в≥чного двигуна першого роду, то другий початок термодинам≥ки заперечуЇ створенн¤ в≥чного двигуна другого роду. ѕерший початок ув≥в функц≥ю стану - енерг≥ю, другий початок ув≥в функц≥ю стану - ентроп≥ю. якщо енерг≥¤ закритоњ системи залишаЇтьс¤ незм≥нною, то ентроп≥¤ ц≥Їњ системи при кожн≥й зм≥н≥ зб≥льшуЇтьс¤ - зменшенн¤ ентроп≥њ суперечить законам природи. —п≥в≥снуванн¤ таких незалежних один в≥д одного функц≥й стану, ¤к енерг≥¤ й ентроп≥¤,що даЇ можлив≥сть робити висновок про теплову повед≥нку т≥л на основ≥ математичного анал≥зу. ќск≥льки обидв≥ функц≥њ обчислювалис¤ лише стосовно дов≥льно обраного початкового стану то повн≥стю визначити енерг≥ю й ентроп≥ю не Ї можлив≥сть зробити. “рет≥й початок термодинам≥ки дав можлив≥сть усунути цю проблему. ¬ажливе значенн¤ дл¤ розвитку термодинам≥ки мали встановлен≥ ∆.Ћ.√ей-Ћюсаком закони - закон теплового розширенн¤ ≥ закон об'Їмних в≥дношень. Ѕ. лапейрон установив залежн≥сть м≥ж ф≥зичними величинами, що визначають стан ≥деального газу (тиском, обТЇмом ≥ температурою),¤ку узагальнив ƒ.».ћенделЇЇвим.

“аким чином, концепц≥њ класичноњ термодинам≥ки описують стани тепловоњ р≥вноваги ≥ р≥вноважн≥ (¤к≥ прот≥кають неск≥нченно пов≥льно, тому час в основн≥ р≥вн¤нн¤ не вход¤ть) процеси. “ермодинам≥ка нер≥вновагових процес≥в виникаЇ п≥зн≥ше - у 30-х рр. ’’ стор≥чч¤. ” н≥й стан системи визначаЇтьс¤ локальн≥ термодинам≥чн≥ параметри, що розгл¤даютьс¤ ¤к функц≥њ координат ≥ часу.

–озд≥л 2

“еплов≥ двигуни ≥ холодильники

Ќеважко одержати теплову енерг≥ю за рахунок зд≥йсненн¤ роботи, наприклад досить сильно потерти одну долоню об ≥ншу, ц≥Їњ ж мети можна дос¤гти в будь-¤кому процес≥ за участю терт¤. ќднак одержати механ≥чну роботу за рахунок тепловоњ енерг≥њ значно складн≥шне, ≥ практично корисний пристр≥й дл¤ ц≥Їњ мети було винайдено лише близько 1700р. на основ≥ паровоњ машини.

ћал.1 ћал.2

ќсновна ≥де¤, що лежить в основ≥ будь-¤кого теплового двигуна, пол¤гаЇ в тому, що механ≥чна енерг≥¤ може бути отримана за рахунок тепловоњ, т≥льки ¤кщо дати можлив≥сть теплот≥ переходити з област≥ з високою температурою в область з низькою температурою, причому в процес≥ цього переходу частина теплоти може бути перетворена в механ≥чну роботу. ¬исока “н ≥ низька TL температури називаютьс¤ робочими температурами двигуна, ≥ надал≥ дл¤ спрощенн¤ ми будемо вважати, що ц≥ температури забезпечуютьс¤ двома термостатами, що знаход¤тьс¤ при пост≥йних температурах “н ≥ TL. Ќас будуть ц≥кавити т≥льки теплов≥ двигуни, що робл¤ть пер≥одичн≥ робоч≥ цикли (тобто вс¤ система пер≥одично повертаЇтьс¤ у вих≥дний стан) ≥ в такий спос≥б можуть д≥¤ти пост≥йно.

—учасн≥ паров≥ двигуни п≥дрозд≥л¤ютьс¤ на два основних типи. ” двигунах так званого оборотного типу нагр≥та пара проходить через впускний клапан ≥ пот≥м розширюЇтьс¤ в простор≥ п≥д поршнем, змушуючи його рухатис¤; п≥сл¤ того ¤к поршень повертаЇтьс¤ у своЇ вих≥дне положенн¤, в≥н вит≥сн¤Ї гази через випускний клапан. ” паров≥й турб≥н≥ в≥дбуваЇтьс¤, власне кажучи, те ж саме; розходженн¤ лише в тому, що поршень ¤кий рухаЇтьс¤ обертально-поступально зам≥нюЇтьс¤ турб≥ною, ¤ка обертаЇтьс¤ ≥ нагадуЇ колесо гребл≥ з численними лопаст¤ми. «а допомогою парових турб≥н1* виробл¤Їтьс¤ велика частина одержуваноњ в даний час електроенерг≥њ. –ечовина, що нагр≥ваЇтьс¤ ≥ охолоджуЇтьс¤ (у даному випадку пара), називаЇтьс¤ робочим т≥лом. ” паровому двигун≥ висока температура дос¤гаЇтьс¤ за рахунок спалюванн¤ вуг≥лл¤, чи нафти, ≥ншого палива; при цьому нагр≥ваЇтьс¤ пара. ” двигун≥ внутр≥шнього згор¤нн¤ висока температура дос¤гаЇтьс¤ за рахунок згор¤нн¤ робочоњ сум≥ш≥ (бензину з пов≥тр¤м) всередин≥ цил≥ндру двигуна; запаленн¤ сум≥ш≥ в≥дбуваЇтьс¤ за допомогою ≥скри.

«'¤суЇмо тепер, чому дл¤ практичноњ роботи двигуна необх≥дна р≥зниц¤ температур; розгл¤немо це на приклад≥ парового двигуна. Ќехай у паровому двигун≥ оборотнього типу, не було б н≥ конденсатора, н≥ насоса, щоб пара мала однакову температуру у вс≥й систем≥. ÷е означало б, що тиск пари при його випуску був би таким же, ¤к ≥ п≥д час впуску. “од≥ робота, ¤ку виконала пара над поршнем при своЇму розширенн≥ п≥сл¤ впуску, дор≥внювала б робот≥, що зробив поршень над парою при його випуску; у к≥нцевому рахунку не було б зроблено н≥¤коњ результуючоњ роботи. ” реальному двигун≥ газ, що випускаЇтьс¤, охолоджуЇтьс¤ до б≥льш низькоњ температури ≥ конденсуЇтьс¤, так що тиск при випуску менший, н≥ж тиск при впуску. “од≥ робота, що повинен виконати поршень дл¤ виштовхуванн¤ пари з цил≥ндра на стад≥њ випуску, буде менше, н≥ж робота, ¤ку виконаЇ пара над поршнем на стад≥њ впуску. ” такий спос≥б може бути отримана де¤ка результуюча робота, але дл¤ цього, ¤к тепер зрозум≥ло, необх≥дна р≥зниц¤ температур. јналог≥чно, ¤кби пара в паров≥й турб≥н≥ не охолоджувалас¤, то й тиск по обох сторонах кожноњ лопатки був би однаковим ≥ турб≥на не стала б обертатис¤. ќхолодженн¤ пари з боку лопаст≥, поверненоњ до випускного клапана , приводить до того, що тиск пари з боку лопаст≥, поверненоњ до впускного клапана, стаЇ б≥льше й у результат≥ турб≥на обертаЇтьс¤.

ѕринцип д≥њ холодильника чи ≥ншого теплового насоса (наприклад, використовуЇтьс¤ дл¤ створенн¤ теплового потоку ззовн≥ усередину будинку чи навпаки; в останньому випадку пристр≥й називаЇтьс¤ пов≥тр¤ним конденц≥онером) складаЇтьс¤ в обертанн≥ робочих стад≥й теплового двигуна. ¬икористовуючи роботу W, можна в≥д≥брати де¤ку к≥льк≥сть теплоти з област≥ ≥з низькою температурою TL (наприклад, ≥з внутр≥шнього обс¤гу холодильника) ≥ пот≥м в≥ддати б≥льшу к≥льк≥сть теплоти в область ≥з високою температурою “н (наприклад, у к≥мнату).

1} Ќав≥ть на атомних електростанц≥¤х (ј≈—) застосовуютьс¤ паров≥ турб≥ни; ¤дерне паливо (уран) необх≥дно лише дл¤ нагр≥ванн¤ пари

¬и можете без прац≥ в≥дчути цю теплоту, п≥днос¤чи руку до задньоњ ст≥нки холодильника. –обота W в≥дбуваЇтьс¤ звичайно мотором компресора, що стискаЇ робоче т≥ло.

–озд≥л 3

≈фективн≥сть теплових двигун≥в ≥ другий закон термодинам≥ки

ѕри вивченн≥ роботи теплових двигун≥в у цьому ≥ наступних розд≥лах ми будемо ц≥кавитис¤ насамперед величинами поток≥в теплоти. “ому, щоб не задумуватис¤ вс¤кий раз про знак потоку теплоти , що визначаЇ його напр¤мок (у систему чи з нењ), ми будемо тут використовувати дл¤ теплоти лише абсолютн≥ значенн¤ (|Q|) ≥ необх≥дний за зм≥стом знак плюс чи м≥нус.≈фективн≥сть будь-¤кого теплового двигуна визначаЇтьс¤ його коеф≥ц≥Їнтом корисноњ д≥њ (  ƒ). Ѕудемо позначати   ƒ буквою е ≥ визначати ¤к в≥дношенн¤ роботи двигуна W до к≥лькост≥ п≥дведеноњ теплоти |QH| при висок≥й температур≥.

  ƒ двигуна буде б≥льшим тод≥, коли буде менша |QL|. ќднак досв≥д роботи з дуже широким класом двигун≥в показав, що зменшити величину |QL| до нул¤ неможливо. якби це було зд≥йсненно, то ми одержали би двигун з   ƒ, р≥вним 100%. “акий ≥деальний двигун, ¤кий безперервно виконуЇ робоч≥ цикли, неможливий. —аме це лежить в основ≥ ≥шого формулюванн¤ другого початку термодинам≥ки:

Ќеможливий пер≥одичний процес, Їдиним результатом ¤кого було би перетворенн¤ теплоти Q при незм≥нн≥й температур≥ ц≥лком у роботу W (так що W= Q).

÷е твердженн¤ в≥доме ¤к формулюванн¤ другого початку термодинам≥ки  ельв≥на - ѕланка. якби заборона, що м≥ститьс¤ в ньому, не виконувалас¤ ≥ можна було б побудувати ≥деальний двигун, то могли б в≥дбуватис¤ дивн≥ реч≥. “ак, наприклад, ¤кщо б двигуну на корабл≥ не потр≥бний був низькотемпературний резервуар (термостат), у ¤кий в≥н м≥г би скидати частину теплоти п≥сл¤ стад≥њ випуску, то корабель м≥г би перепливти океан, користуючись т≥льки величезними запасами внутр≥шньоњ енерг≥њ океанських вод. ¬ласне кажучи, в≥дпала б взагал≥ проблема палива!

ќднак ус≥ спроби побудувати ≥деальний двигун ви¤вилис¤ марними, ≥ це вважаЇтьс¤ взагал≥ неможливим. јналог≥чно неможливим ви¤вилос¤ побудувати оборотну систему - ≥деальний холодильник, а саме пристр≥й, за допомогою ¤кого теплоту можна було б переносити з низькотемпературноњ област≥ у високотемпературну, причому дл¤ цього не було б потреби зд≥йснювати будь-¤ку роботу . ÷е твердженн¤ можна сформулювати так:

Ќеможливо зд≥йснити пер≥одичний процес, Їдиним результатом ¤кого був би в≥дб≥р теплоти в одн≥Їњ системи при дан≥й температур≥ ≥ передача в так≥й же к≥лькост≥ теплоти ≥нш≥й систем≥ при б≥льш висок≥й температур≥.

÷е формулюванн¤ другого початку термодинам≥ки  лауз≥уса. ¬оно узагальнюЇ менш строге твердженн¤ про те, що теплота мимовол≥но не буде переходити в≥д холодного т≥ла до гар¤чого. ўоб дос¤гти ц≥Їњ мети, необх≥дно виконати роботу. “вердженн¤  лауз≥уса можна також сформулювати так: не можна створити ≥деальний холодильник.

ѕокажемо тепер, що два р≥зн≥ формулюванн¤ другого початку термодинам≥ки- лауз≥уса ≥  ельв≥на-ѕланка-екв≥валентн≥ один одному. ƒл¤ цього доведемо, що ¤кщо нев≥рне одне з них, то нев≥рне й ≥нше. “аким чином, обидва формулюванн¤ повинн≥ бути або нев≥рними, або в≥рними що ≥ доводить њхню екв≥валентн≥сть.

ѕрипустимо, що формулюванн¤  лаузиуса помилкове, тобто ≥деальний холодильник був би можливий. ћожна було б в≥д≥брати к≥льк≥сть теплоти | Q | в≥д т≥ла з низькою температурою ≥ передати њњ т≥лу з високою температурою, не виконуючи роботи. –озгл¤немо тепер звичайний двигун, що в≥дбираЇ к≥льк≥сть теплоти | Q' | в≥д т≥ла з високою температурою, виконуЇ роботу W ≥ випускаЇ к≥льк≥сть теплоти | Q | у резервуар з низкою температурою.–езультуюча д≥¤ цих двох пристроњв така, що в≥д т≥ла з високою температурою в≥дбираЇтьс¤ к≥льк≥сть теплоти | QТ | Ч | Q | ≥ ц≥лком перетворитьс¤ в роботу W= | Q' | Ч | Q |. “аким чином, ц¤ система працюЇ ¤к ≥деальний двигун, що суперечить формулюванню  ельв≥н-ѕланка.

ѕрипустимо тепер, що формулюванн¤  ельв≥на-ѕланка Ц помилкове, ≥ формулюванн¤  лаузиуса також. Ќехай ≥деальний двигун в≥дбираЇ к≥льк≥сть теплоти | Q' | в≥д т≥ла з високою температурою ≥ пот≥м ц≥лком перетворить њњ в корисну роботу W, так що W= |Q| . ѕот≥м звичайний холодильник використовуЇ цю роботу дл¤ добору к≥лькост≥ теплоти |Q'| в≥д т≥ла з низькою температурою ≥ передач≥ к≥лькост≥ теплоти |Q"| т≥лу з високою температурою. ќтже, цей пристр≥й в≥дбираЇ в≥д т≥ла з високою температурою к≥льк≥сть теплоти | Q | ≥ передаЇ йому к≥льк≥сть теплоти | Q" |; результуючий приплив теплоти до т≥ла з високою температурою при цьому дор≥внюЇ | Q" |-| Q |=(| Q' | + | Q |)-| Q |=| Q' |. “аким чином, результуюча д≥¤ цього пристрою складаЇтьс¤ у в≥дбор≥ к≥лькост≥ теплоти | Q' | в≥д т≥ла з низькою температурою передач≥ такоњ ж к≥лькост≥ теплоти | Q' | т≥лу з високою температурою, що суперечить другому початку термодинам≥ки у формулюванн≥  лауз≥уса.

ћи переконалис¤ в т≥м, що ¤кщо одне з формулювань другого початку термодинам≥ки, а саме  лауз≥уса ≥  ельв≥на - ѕланка, нев≥рне, то нев≥рне й ≥нше. ќтже, ¤кщо в≥рне одне з них, то повинно бути в≥рне й ≥нше, так що обидва формулюванн¤ екв≥валентн≥.

–озд≥л 4

ƒвигун  арно

ѕроцес перетворенн¤ теплоти в механ≥чну енерг≥ю розширеноно вивчав на самому початку дев'¤тнадц¤того стол≥тт¤ французький учений Ќ. Ћ. —ад≥  арно (1796-1832). ¬≥н мав нам≥р визначити способи п≥двищенн¤   ƒ теплових двигун≥в, однак досл≥дженн¤ незабаром привели його до вивченн¤ основ самоњ термодинам≥ки.

як допом≥жний зас≥б дл¤ своњх досл≥джень  арно в 1824 р. винайшов (на папер≥) ≥деал≥зований тип двигуна, що ми називаЇмо тепер двигуном  арно. ¬ажливе значенн¤ двигуна  арно пол¤гаЇ не т≥льки в його можливому практичному застосуванн≥, але й у т≥м, що в≥н дозвол¤Ї по¤снити принципи д≥њ теплових двигун≥в взагал≥; не менш важливо ≥ те, що  арно за допомогою свого двигуна вдалос¤ внести вагомий вклад в обірунтуванн¤ ≥ осмисленн¤ другого початку термодинам≥ки.

¬ двигун≥  арно в≥дбуваютьс¤ оборотн≥ процеси; тому насамперед необх≥дно з'¤сувати, що ми маЇмо на уваз≥ п≥д оборотними ≥ необоротними процесами. ќборотний процес - це такий процес, що прот≥каЇ надзвичайно пов≥льно, так що його можна розгл¤дати ¤к посл≥довний перех≥д в≥д одного зр≥вноважного стану до ≥ншого ≥ т.д., причому весь цей процес можна провести в зворотному напр¤мку без зм≥ни виконаноњ роботи ≥ переданоњ к≥лькост≥ теплоти. Ќаприклад, газ, що знаходитьс¤ в цил≥ндр≥ з щ≥льно притиснутим до його ст≥нок рухливим поршнем, (терт¤ з≥ ст≥нками в≥дсутнЇ), можна зтиснути ≥зотерм≥чно зворотним шл¤хом, ¤кщо проводити стисненн¤ дуже ≥ дуже пов≥льно. ќднак не вс≥ нав≥ть дуже пов≥льн≥ процеси Ї оборотними. Ќаприклад, ¤кщо в процес≥ бере участь терт¤ (в описаному вище приклад≥ це може бути терт¤ м≥ж поршнем ≥ ст≥нками цил≥ндра), то робота, зроблена п≥д час руху в одному напр¤мку (наприклад, в≥д стану ј до стану ¬), не буде дор≥внювати(≥з протилежним знаком) робот≥, виконаноњ п≥д час руху в зворотному напр¤мку (в≥д стану ¬ до стану ј). “акий процес не можна було б розгл¤дати ¤к оборотний. «розум≥ло,що ≥деальний оборотний процес у д≥йсност≥ неможливий, оск≥льки дл¤ нього потр≥бно неск≥нченно великий час; однак оборотн≥ процеси можна моделювати з високою точн≥стю, ≥ ц≥ процеси мають дуже важливе значенн¤ дл¤ теор≥њ. ”с≥ реальн≥ процеси Ї необоротними ≥ в≥дбуваютьс¤ з к≥нцевою швидк≥стю. ” газ≥ можуть виникати збуренн¤ (аж до турбулентност≥), може бути присутн≥м терт¤, можуть бути й ≥нш≥ причини необоротност≥. ѕри таких умовах жоден процес не може бути ч≥тко оборотним, оск≥льки втрати теплоти на терт¤ вже сам≥ по соб≥ Ї необоротними, турбулентн≥сть стане ≥ншою ≥ т.д. ƒл¤ будь-¤кого вид≥леного обТЇму не буде ≥снувати одного добре визначеного значенн¤ тиску – ≥ температури “, оск≥льки система не завжди буде знаходитис¤ в стан≥ р≥вноваги. “аким чином, реальний необоротний процес не може бути зображений на PV-д≥аграм≥ (за вин¤тком випадк≥в, коли такий процес у де¤кому наближенн≥ можна розгл¤дати ¤к ≥деальний оборотний процес). ќборотний процес завжди можна зобразити на –V-д≥аграм≥, причому , коли в≥н прот≥каЇ в зворотньому напр¤мку по тому ж шл¤ху. Ќезважаючи на те що вс≥ реальн≥ процеси необоротн≥, пон¤тт¤ оборотного процесу в≥д≥граЇ важливе п≥знавальне значенн¤ так само, ¤к ≥ пон¤тт¤ ≥деального газу.

ѕовернемос¤ тепер до розгл¤ду ≥деального двигуна  арно. ¬≥н заснований на представленн≥ оборотного циклу. ќборотний цикл-це посл≥довн≥сть оборотних процес≥в, за допомогою ¤ких дана речовина (робоче т≥ло) переводитьс¤ з початкового зр≥вноваженого стану через багато ≥нших зр≥вноважених стан≥в ≥ повертаЇтьс¤ знову в той же початковий стан. «окрема, у двигун≥  арно використовуЇтьс¤ цикл  арно, причому ¤к робоче т≥ло розгл¤даЇтьс¤ ≥деальний газ. (ƒл¤ реального газу PV-д≥аграма циклу трохи зм≥нитьс¤.) ¬иберемо крапку а ¤к початковий стан.

PV- д≥аграма

√аз спочатку розширюЇтьс¤ ≥зотерм≥чно й оборотно по шл¤ху аb при температур≥ “н; дл¤ цього можна у¤вити соб≥, що газ приводитьс¤ в контакт ≥з гар¤чим термостатом при температур≥ Tн, що пов≥домл¤Ї к≥льк≥сть теплоти | QH | робочому т≥лу. ѕот≥м газ розширюЇтьс¤ ад≥абатично й оборотно по шл¤ху bс; на ц≥й д≥л¤нц≥ передача теплоти (теплообм≥ну) взагал≥ не в≥дбуваЇтьс¤ ≥ температура газу знижуЇтьс¤ до значенн¤ TL. Ќа трет≥й стад≥њ циклу в≥дбуваЇтьс¤ ≥зотерм≥чний оборотний стиск газу по шл¤ху cd тут необх≥дний контакт ≥з холодним термостатом при температур≥ TL, ¤кому робоче т≥ло передаЇ к≥льк≥сть теплоти | QL |. Ќарешт≥, газ ад≥абатично стискаЇтьс¤ по шл¤ху da, повертаючи знову у вих≥дний стан. “аким чином, цикл  арно складаЇтьс¤ з двох ≥зотерм≥чних ≥ двох ад≥абатичних оборотних процес≥в.

Ќеважко показати, що результуюча робота, виконана в одному цикл≥ двигуном  арно (чи взагал≥ будь-¤ким двигуном, що використовуЇ оборотний цикл), чисельно дор≥внюЇ площ≥, обмеженоњ кривол≥н≥йними в≥др≥зками, що утворюють цикл на PV-д≥аграм≥ крива abсd.

–озд≥л 5

Ќезд≥йсненна мр≥¤ (У¬≥чний двигунФ)

Ѕертольд. Perpetuum mobile, то есть вечное движение. ≈сли найду вечное движение, то ¤ не вижу границ творчеству человеческому ... видишь ли, добрый мой ћартин, делать золото Ч задача заманчива¤, открытие, может быть, любопытное, но найти perpetuum mobile ... ќ!...

ј. —. ѕушкин. У—цены из рыцарских времЄнФ

—учасне житт¤ людини неможливе без використанн¤ найр≥зноман≥тн≥ших машин, що полегшують його житт¤. «а допомогою машин людина обробл¤Ї землю, добуваЇ нафту, руду, ≥нш≥ корисн≥ копалини, пересуваЇтьс¤ ≥ т.д. ќсновною властив≥стю машин Ї њхн¤ здатн≥сть виконувати роботу.

¬ ус≥х механ≥змах ≥ машинах перш н≥ж зробити роботу енерг≥¤ переходить з одного виду в ≥нш≥й. Ќе можна одержати енерг≥њ одного виду б≥льше чим ≥ншого при будь-¤ких перетворенн¤х енерг≥њ, тому що це суперечить закону збереженн¤ енерг≥њ. ” зв'¤зку з цим не можна створити в≥чний двигун, тобто такий двигун в ¤кому у результат≥ перетворенн¤ енерг≥њ одного виду њњ виходить б≥льше, н≥ж було.

«акон збереженн¤ ≥ перетворенн¤ енерг≥њ Ї основним у сучасному природознавств≥. ≈нерг≥¤, що Ї м≥рою руху матер≥њ,маЇ наступн≥ р≥зновиди : механ≥чна, електрична, теплова, магн≥тна, атомна та ≥н.  ожна з них може перетворюватис¤ одна в одну, причому в зовс≥м визначених сп≥вв≥дношенн¤х, ≥ при цьому к≥льк≥сть енерг≥њ залишаЇтьс¤ незм≥нною. «агальна к≥льк≥сть енерг≥њ замкнутоњ матер≥альноњ системи Ї величина пост≥йна, зм≥нюютьс¤ т≥льки р≥зн≥ види ц≥Їњ енерг≥њ, випробуючи взаЇмн≥ перетворенн¤.

«акон збереженн¤ енерг≥њ був сформульований ще в 1748 роц≥ ћ. ¬. Ћомоносовим, що писав : У...так, коли де убуде трохи матер≥њ, то зб≥льшитьс¤ в ≥нш≥м м≥сц≥; ...÷ей загальний природний закон простираЇтьс¤ й у сам≥ правила руху, тому що т≥ло, що рухаЇ своею силою ≥нше, ст≥льки ж втрачаЇ енерг≥њ, ск≥льки передаЇ ≥ншомуФ.

Ѕагато винах≥дник≥в намагалис¤ побудувати машину Ч в≥чний двигун, здатну робити корисну роботу без ¤ких-небудь зм≥н усередин≥ машини. ”с≥ ц≥ спроби зак≥нчувалис¤ невдачею.

¬≥чний двигун (лат. perpetuum mobile) Ч у¤вний, але незд≥йсненний двигун, що п≥сл¤ пуску його в х≥д робить роботу необмежено довгий час.  ожна машина, що д≥Ї без припливу енерг≥њ ззовн≥, п≥сл¤ зак≥нченн¤ де¤кого пром≥жку часу ц≥лком витратить св≥й запас енерг≥њ на подоланн¤ сил опору ≥ повинна зупинитис¤, тому що продовженн¤ роботи означало б одержанн¤ енерг≥њ з н≥чого.

ќт ¤к писав про значенн¤ дл¤ людства в≥чного двигуна чудовий французький ≥нженер —ад≥  арно : У «агальне ≥ ф≥лософське пон¤тт¤ Уperpetuum mobileФ м≥стить у соб≥ не т≥льки у¤вленн¤ про рух, що п≥сл¤ першого поштовху продовжуЇтьс¤ в≥чно, але д≥¤ приладу, здатного розвивати в необмежен≥й к≥лькост≥ руш≥йну силу, здатноњ виводити посл≥довно з≥ спокою вс≥ т≥ла природи, ¤кби вони в ньому знаходилис¤, порушувати в них принцип ≥нерц≥њ, здатного, нарешт≥, черпати ≥з самого себе необх≥дн≥ сили, щоб надати руху усьому ¬сесв≥ту, п≥дтримувати ≥ безперервно прискорювати його рух. “аке було б д≥йсне створенн¤ руш≥йноњ сили. якби це було можливо, то стало б марним шукати руш≥йну силу в потоках води ≥ пов≥тр¤, у пальному матер≥ал≥, ми мали б неск≥нченне джерело, з ¤кого могли б неск≥нченно черпати.Ф

¬≥чн≥ двигуни звичайно конструюють на основ≥ використанн¤ наступних чи прийом≥в њхн≥х комб≥нац≥й :

1) п≥дйом води за допомогою арх≥медового гвинта;

2) п≥дйом води за допомогою кап≥л¤р≥в;

3) використанн¤ колеса з вантажами, що не можуть зр≥вноважитись;

4) природн≥ магн≥ти;

5) електромагнетизм;

6) пара або стиснене пов≥тр¤.

≤де¤ в≥чного руху була дуже попул¤рна в середньов≥чч¤. ¬олод≥нн¤ секретом такого двигуна здавалос¤ б≥льш привабливим, чим нав≥ть мистецтво робити золото з недорогоц≥нних метал≥в. Ѕезл≥ч людей займалос¤ ц≥Їю нерозв'¤зною проблемою. —еред них були нав≥ть люди з непоганим на той час походженн¤м. ¬≥домо, що безл≥ч праць Ќьютона м≥ст¤ть конструкц≥њ в≥чного двигуна. ” записах Ћеонардо да ¬≥нч≥ теж були знайден≥ к≥лька нарис≥в perpetuum mobile.

Ќайб≥льше часто зустр≥чаЇтьс¤ модель в≥чного двигуна, що дотепер в≥дроджуЇтьс¤ в р≥зних вар≥ац≥¤х завд¤ки горе-винах≥дникам, заснована на застосуванн≥ колеса з незр≥вноваженими вантажами.

ƒо крањв колеса прикр≥плен≥ в≥дкидн≥ палички з вантажами на к≥нц¤х. ѕри вс¤к≥м положенн≥ колеса вантаж≥ на прав≥й сторон≥ будуть в≥дкинут≥ дал≥ в≥д центру, н≥ж на л≥в≥й; ц¤ половина повинна перет¤гати л≥ву ≥ тим самим змушувати колесо обертатис¤. ¬иходить, колесо буде обертатис¤ в≥чно, принаймн≥ доти, поки не перетретьс¤ в≥сь. “ак думав нев≥домий винах≥дник. јле цього не буде в≥дбуватис¤, ≥ от чому : хоча вантаж≥ на прав≥й сторон≥ завжди дал≥ в≥д центру, але неминуче таке положенн¤, коли число цих вантаж≥в менше, н≥ж на л≥в≥й. “од≥ система вр≥вноважуЇтьс¤, отже, колесо не буде обертатис¤, а, зробивши к≥лька хитань, зупинитьс¤.

ƒе¤к≥ винах≥дники в≥чних двигун≥в були просто шахра¤ми, що спритно УнадувалиФ легков≥рну публ≥ку. ќдним з найб≥льш видатних Увинах≥дник≥вФ був де¤кий доктор ќрф≥реус (д≥йсне пр≥звище Ч Ѕесслер). ѕерепробувавши безл≥ч зан¤ть, в≥н прийшов до в≥дкритт¤ в≥чного двигуна. ќсновним елементом його двигуна було велике колесо, що н≥би-то не т≥льки оберталос¤ саме собою, але ≥ п≥дн≥мало при цьому важкий вантаж на значну висоту. ÷ей доктор мав безл≥ч високопоставлених заступник≥в, таких ¤к польський король јвгуст II, ландграф √ессен- ассельский. ќстанн≥й надав винах≥днику св≥й замок ≥ ус≥л¤ко випробував машину. ÷им двигуном зац≥кавивс¤ ≥ ѕетро I, що подумував про його придбанн¤. ќднак ќрф≥реус погоджувавс¤ продати машину не менш н≥ж за 100000 рубл≥в, з чого сл≥дуЇ, що в≥н одержував великий прибуток в≥д нењ. ¬≥н був, мабуть, найщаслив≥шим авантюристом, тому що безб≥дно прожив до старост≥, одержуючи чимал≥ грош≥ в≥д показу машини. ќднак його Ув≥чний двигунФ ви¤вивс¤ далеко не в≥чним Ч його пускали в х≥д брат ≥ служниц¤, смикаючи за мистецько захований мотузок.

≤ншим прикладом в≥чного двигуна може служити наступна машина.ќл≥¤ чи вода, налита в судину, п≥дн≥маЇтьс¤ інотами спочатку у верхню судину, а в≥дт≥л¤ ≥ншими інотами Ч ще вище; верхн¤ судина маЇ жолоб дл¤ стоку ол≥њ, що падаЇ на лопатки гвинта, привод¤чи його в обертанн¤. ќл≥¤, що стекла вниз, знову п≥дн≥маЇтьс¤ по інотах до верхньоњ судини. “аким чином, струм≥нь ол≥њ, що ст≥каЇ по жолобку на колесо, н≥ на секунду не перериваЇтьс¤, ≥ колесо пост≥йно повинно знаходитис¤ в рус≥... јле тут криЇтьс¤ помилка : чому винах≥дник думаЇ, що ол≥¤ повинна ст≥кати вниз з верхньоњ, загнутоњ частини інота ?  ап≥л¤рне прит¤ганн¤, переборовши силу ваги, п≥дн¤ло р≥дину нагору по інот≥; але та ж причина утримуЇ р≥дину в порах намоклого інота, не даючи њй капати з його. якщо допустити, що у верхню судину у¤вноњ вертушки в≥д д≥њ кап≥л¤рних

сил може просочитис¤ р≥дина, то треба буде визнати, що т≥ ж іноти можуть перенести њњ назад у нижн≥й за допомогою тих же сил.

÷ей проект нагадуЇ ≥нший, винайдений ще в 1575 роц≥ ≥тал≥йським механ≥ком —традою —таршим, ≥ пот≥м повторювавс¤ в численних вар≥ац≥¤х. јрхимед≥в гвинт, обертаючи, п≥дн≥маЇ воду у верхн≥й бак, в≥дк≥л¤ вона випливаЇ з лотка струменем, що вдар¤Ї в лопатки вод¤ного колеса. ¬од¤не колесо обертаЇ точильний кам≥нь ≥ одночасно рухаЇ ... той самий јрхимед≥в гвинт, що п≥дн≥маЇ воду у верхн≥й бак. √винт повертаЇ колесо, а колесо Ч гвинт !.. јле тут автор забуваЇ про вс≥м в≥дому силу терт¤, що за певний пром≥жок вичерпне енерг≥ю гвинта.

¬ ≥стор≥њ винаход≥в в≥чного двигуна магн≥т

з≥грав не останню роль.ќт приклад такого

двигуна, описаного в XVII стол≥тт≥ Їпископом

ƒжоном ¬≥лкенсоном.—ильний магн≥т м≥ститьс¤

на колонц≥. ƒо нењ притулен≥ два похилих жолоби,

один п≥д ≥ншим, причому верхн≥й маЇ невеликий

отв≥р у верхн≥й частин≥, а нижн≥й - з≥гнутий.

якщо на верхн≥й жолоб покласти невелику зал≥зну кульку, то внасл≥док прит¤ганн¤ магн≥том в≥н покотитьс¤ вгору, однак, д≥йшовши до отвору, в≥н провалитьс¤ в нижн≥й жолоб , скотитьс¤ по ньому, п≥дн≥метьс¤ по к≥нцевому заокругленню ≥ знову потрапить на верхн≥й жолоб. “аким чином, кулька буде б≥гати безупинно, зд≥йснюючи тим самим в≥чний рух.

“ут в≥дразу видно всю абсурдн≥сть цього винаходу. „ому кулька буде скочуватис¤ вниз? ¬она скочувалас¤ б, ¤кби була т≥льки п≥д д≥Їю сили ваги. јле на нењ д≥Ї магн≥т, що гальмуЇ його спуск, ≥ отже, кулька не буде мати досить енерг≥њ дл¤ того, щоб п≥дн¤тис¤ по заокругленню ≥ почати цикл спочатку.

¬елику попул¤рн≥сть одержала у винах≥дник≥в в≥чного двигуна ≥де¤ з'Їднанн¤ динамо-машини з електромотором. ”с≥ под≥бн≥ проекти звод¤тьс¤ до наступного Ч треба шк≥ви динамо-машини й електромотора з'Їднати ременем, а пров≥д в≥д динамо-машини п≥двести до електромотора. ѕ≥сл¤ перв≥сного ≥мпульсу машини почнуть виробл¤ти енерг≥ю, ≥ це буде продовжуватис¤ до неск≥нченност≥. “ут усе зводитьс¤ до того, що ¤кби не було терт¤, вони б д≥йсно оберталис¤ в≥чно. јле дивно, що винах≥дникам не приходить у голову ≥нший проект Ч з'Їднати два шк≥ви ременем ≥ дати поштовх. ѕерший шк≥в, обертаючись, приведе в рух другий, а другий, у свою чергу, передасть енерг≥ю на рух першому.

”с≥ вищенаведен≥ двигуни були двигунами першого роду, тобто такими двигунами, що порушують перший початок термодинам≥ки. ¬≥дпов≥дно до першого закону термодинам≥ки ми маЇмо

1	2	3	4

Ќазва: ƒругий закон термодинам≥ки та його значенн¤
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-03-24 (5886 прочитано)