17.02.2015-07:48:00   |   Tomáš Búran
#In tech
#Zbúrané mýty
Perpetuum mobile je hypotetické zariadenie, ktoré môžeme rozdeliť na dva typy:

Perpetuum mobile 1. druhu: zariadenie, ktoré neustále vykonáva kladnú prácu bez toho, aby sa menila energia tohto zariadenia alebo energia jeho okolia.

Perpetuum mobile 2. druhu: zariadenie, ktoré pracuje v súlade so zákonom zachovania energie (ZZE) a neustále vykonáva kladnú prácu len následkom ochladzovania jedného telesa. [1]



Existencia takýchto zariadení je však v priamom rozpore so známymi fyzikálnymi zákonmi.

Fyzikálne zákony

Princíp činnosti perpeta mobile priamo protirečí zákonom termodynamiky.

Termodynamika

Platia tu dva dôležité postuláty*:

1. postulát termodynamiky: ak izolujeme termodynamickú sústavu na dostatočne dlhú dobu od okolia, sústava samovoľne prejde do stavu termodynamickej rovnováhy. Potom zostane v stave termodynamickej rovnováhy dovtedy, pokiaľ do nej nezasiahneme. V stave rovnováhy majú všetky parametre časovo konštantné hodnoty.[2]

2. postulát termodynamiky: všetky vnútorné parametre sústavy sú funkciami vonkajších parametrov a teploty. [3]

Postuláty sa zaviedli implicitne a následne sa pomocou pravidiel logiky explicitne zaviedli ďalšie pojmy. Gnozeologická neistota (Epistemic impossibility) (gnozeológia - teória poznania) opisuje javy, ktoré nemôžu nastať pri súčasne formulovaných fyzikálnych zákonoch. Jedným z nich je žiaľ aj perpetuum mobile.

Zameriame sa na prvé dva termodynamické zákony, pretože sú v priamom rozpore s fungovaním takéhoto zariadenia. Tieto zákony sú z matematického hľadiska mimoriadne silné. V prípade ich neplatnosti by sme museli zmeniť modernú fyziku prakticky od základov.

1. termodynamický zákon: vnútorná energia systému narastie vtedy, ak mu okolie dodá teplo a klesne, ak systém vykoná prácu [4]. Pre explicitnú matematickú formuláciu zákona bolo veľmi dôležité objavenie ekvivalencie tepla a práce.

2. termodynamický zákon má viacero formulácií. Jedna z nich je veľmi prostá: vo vesmíre nemôže existovať perpetuum mobile 2. druhu. Ďalšie formulácie tohto zákona boli pomenované podľa svojich autorov.



Thomsonov princíp (1853) - Nie je možné trvalo vykonávať kladnú prácu len ochladzovaním jedného telesa na teplotu, ktorá je nižšia, ako teplota najchladnejšej časti jeho okolia.
Clausiussov princíp (1854) - Je nemožné cyklicky prenášať teplo z chladnejšieho telesa na teplejšie bez toho, aby došlo k premene istého množstva práce na teplo.
Planckov princíp (1930) - Je nemožné zostrojiť periodicky pracujúci stroj, ktorý by trvale vykonával kladnú mechanickú prácu len ochladzovaním jedného telesa, bez akejkoľvek zmeny na ostatných telesách.[5]

Nápady pre zostrojenie perpetua mobile



-

Medzi prvé nápady možno radiť systémy, ktoré by využívali jednu z najzáhadnejších síl, gravitáciu. Typickou aplikáciou je Bhaskarské koleso z 12. storočia. Jeho základnou časťou sú pohyblivé závažia pripojené tak, že zvyšujú svojim pohybom krútiaci moment. Kvôli tomu si ľudia mysleli, že sa koleso bude otáčať navždy. Lenže sa mýlili. Keď je strana kolesa s guľôčkami ďalej od osi otáčania menej zaťažená ako druhá strana, krútiaci moment je vyvážený a pohyb sa zastaví.[6] Okrem toho nesmieme zabudnúť na vznikajúce trenie na hriadeli. Pohyblivé váhy môžu byť kladivá na otočných ramenách, guľôčky alebo ortuť v rúrkach.


-

Na úplne inom princípe funguje prakový urýchľovač. Jeho princíp je prostý. Hmotný objekt upevnený na lanku sa po uvedení do pohybu omotá okolo osi. Opisuje teda špirálovitú krivku AB a skracovaním dĺžky lanka sa zvyšuje jeho uhlová rýchlosť. Ak sa dostane do polohy B, určitý mechanizmus pootočí os o 360°, a tak sa objekt znova dostane do bodu A. Vynálezca však počítal s tým, že objekt pri tejto zmene osi svoju rýchlosť nestratí a bude stále zrýchľovať.


-

Ďalším návrhom perpetua mobile sú nerovnovážne pásy. Touto verziou sa zaoberal matematik a inžinier Simon Stevin, ktorý vysvetlil jeho nefunkčnosť. Autor tohto stroja považoval za dôvod nefunkčnosti "mizerné" trenie. Simon Stevin však prišiel na pravý dôvod. Dokázal, že je v rovnovážnej polohe a nič ho nenúti k pohybu. Zo svojich výskumov odvodil princíp analýzy strojov – Princíp virtuálnej práce. Z neho vyplýva, že koleso, pás či iné zariadenie sa nebude samovoľne otáčať alebo inak pohybovať, pokiaľ sa tým nezníži energetický stav sústavy.


-

Trochu iný princíp využíva ďalší koncept. Ide o návrh magnetického perpetua mobile. V strede je tyčový magnet, po obvode radiálne umiestnené komôrky, v ktorých sa môžu posúvať ďalšie magnety. Tým, že sa postupne magnety odpudzujú či priťahujú od magnetu v strede, sa zaistí nerovnováha kolesa. Môže sa zdať, že tento mechanizmus funguje, avšak magnet v strede pôsobí aj ako brzda. Žiadny obvodový magnet sa k nemu "nechce" priblížiť, keď sa magnety odpudzujú, a naopak sa ho žiadny "nechce" pustiť, keď sa magnety priťahujú. Silové pôsobenie sa napokon vyrovná.[7]




-

Tento princíp využíva k svojej nepretržitej činnosti vztlakovú silu. Balóniky sú nadnášané kvapalinou a v dôsledku toho sa celé zariadenie dostáva do pohybu. Problém je očividný hneď na prvý pohľad. V mieste prechodu balónika do kvapaliny vzniká trenie balónik-stredová tyč. Okrem toho kvapalina tlačí na balónik hydrostatickou tlakovou silou.

Rozdvojkové perpetuum mobile (na videu) je veľmi nešťastné a každému elektrotechnikovi je okamžite jasné prečo. Jeho mechanizmus spočíva v tom, že spojíme do kruhu 4 rozdvojky, ktoré zabezpečia nekonečný kolobeh energie ukrytej vnútri. Lenže rozdvojka je v podstate dvojica vodičov, ktoré sú rozpojené. K tomu, aby sme v nej mohli uchovať nejakú energiu, potrebujeme pripojiť jeden vodič na jeden pól zdroja a druhý vodič na druhý pól. Čím bližšie budú k sebe tieto vodiče a čím väčšiu majú voči sebe plochu, tým je väčšia ich kapacita. A čím je väčšia kapacita, tým rastie možnosť uchovania väčšej energie. Lenže vodiče sa v rozdvojke nachádzajú od seba dosť ďaleko a navyše majú malú plochu. Preto je kapacita týchto vodičov veľmi nízka a množstvo energie, ktorá sa uchová, zanedbateľné. Ak by sme toto všetko zanedbali a predpokladali, že vnútri rozdvojok máme dostatočnú energiu, tak i samotná žiarovka, ktorú pripojíme, odoberá energiu (výkon) potrebnú k svojmu rozsvieteniu a časť energie sa premieňa na teplo. V čom je teda trik? Pán to jednoducho zapojil do externého zdroja energie. Podobne to spravili TU (aj s vysvetlením).



Najnádejnejšie koncepty

Predposledným typom perpetua mobile, ktorý v tomto článku rozoberieme, je tzv. "maslové perpetuum mobile". Využíva známe pravidlo (fyzikálny zákon?), že chlieb vždy spadne natretou stranou dole. Toto zariadenie pozostáva z pásu chlebov, ktoré rotujú od mazača hore k zoškrabovaču dole, pričom poháňajú malé rýpadlo, ktoré premiestňuje maslo zo zoškrabávača do mazača. Toto prešpekulované perpetuum mobile má však jednu chybu. Maslo sa časom pokazí. [8]


-

Posledný typ spája mačku s chlebom. Využíva teda pravidlo padajúceho chleba na natretú časť a zároveň pravidlo (ďalší fyzikálny zákon?) padajúcej mačky, ktorá samozrejme vždy dopadne na nohy. Chlieb pripevníme na chrbát mačky tak, že bude vidieť natretú časť. Potom stačí mačku s chlebom zodvihnúť a pustiť. Systém mačka-maslový chleba začne nad zemou nepretržite rotovať. Žiaľ, aj toto premyslené zariadenie trpí chybičkou krásy. Nielenže sa maslo pokazí, mačka po určitom čase umrie (definitívne po deviatom úmrtí) a stratí schopnosť dopadnúť vždy na končatiny.



Hlboké zamyslenie sa nad gravitáciou




Len nedávno sa na internete objavil ďalší stroj využívajúci gravitáciu. Ak je to skutočne pravda a vnútri nie je schovaný žiadny motorček, ide v princípe o astabilný** oscilátor. Zdá sa, že absolútne nemá chuť zastaviť. Mohli by sme niečo také považovať za perpetuum mobile?

Ak chceme vytvoriť elektrické zariadenie, tak logicky potrebujeme zdroj elektrickej energie. Ten získame napr. premenou jedného druhu energie (mechanickej) na iný (elektrický) a môžeme ním napájať zariadenie. Na tomto princípe pracujú generátory (na presne opačnom elektromotory). Odkiaľ sa však berie gravitácia? Nezdá sa, že by ju Zem "strácala". Zariadenie ju na videu síce premieňa na mechanickú energiu, no gravitačná energia Zeme na nás stále pôsobí rovnakou silou. Predstavme si športovca na bicykli, ktorý svojim pohybom nabíja dynamo. Je to akoby gravitácia bola športovec, ktorý sa nikdy nevyčerpá.

Zatiaľ neexistuje teória popisujúca "vznik" gravitácie. Sú však hypotézy, že jej zdrojom môže byť samotné rozpínanie vesmíru.

Tento článok sme vám priniesli v spolupráci s Exsisto Sapiens.


-

Poznámky
* postulát - predpoklad, ktorý je prijímaný bez dôkazu. Podľa dávneho filozofa Aristotela, postulát nemožno a ani netreba dokazovať, pretože nepoznáme hlbšie a principiálnejšie výroky.
** astabilný - nemá žiadny stabilný stav. Monostabilný má jeden a bistabilný dva stabilné stavy.

Zdroje
1. http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/eter/Perp-mobile-4.pdf
2. https://www.upjs.sk/public/media/5596/Uvod-do-termodynamiky.pdf (str. 16)
3. http://physics.ujep.cz/~mvarady/td_lecture_1.pdf
4. http://fyzika.uniza.sk/sk/zaklady/zaklady/11.pdf (str. 187)
5. https://www.upjs.sk/public/media/5596/Uvod-do-termodynamiky.pdf (str. 34)
6. http://www.academia.edu/10319307/Self-oscillation
7. http://dasti.net/pro/pm.pdf (str. 14-17)
8. http://necyklopedie.wikia.com/wiki/Perpetuum_mobile

http://kf-lin.elf.stuba.sk/~ballo/STU_online/Fyzika%20I/II%20kapitola/2.2/mechanikaHB2-6.htm
http://fyzika.uniza.sk/sk/zaklady/zaklady/11.pdf
http://sk.wikipedia.org/wiki/Aristoteles
http://sk.wikipedia.org/wiki/Gener%C3%A1tor_elektrick%C3%A9ho_nap%C3%A4tia
http://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromotor
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok






Za podporu ďakujeme

Pridať e-mail