¿Por qué nunca se puede construir una máquina de movimiento perpetuo?
La conversión y transferencia de energía son direccionales, al igual que el calor puede transferirse espontáneamente de un objeto caliente a un objeto frío, pero no puede transferirse espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente sin provocar otros cambios, por lo que el segundo tipo de máquina de movimiento perpetuo no se puede fabricar y el sueño de fabricar una máquina de movimiento perpetuo se hace añicos.
El término máquina de movimiento perpetuo no es apropiado. Por ejemplo, un volante, una vez que comienza a moverse, puede continuar moviéndose para siempre sin fricción ni resistencia. Esto no es fácil de lograr en la práctica, pero tiene sentido y puede considerarse una situación límite práctica. La llamada máquina de movimiento perpetuo no se refiere a esta situación. No es un intento de mantener el movimiento eterno, sino una expectativa de obtener trabajo útil de forma continua sin suministro de energía externo, es decir, sin consumir combustible ni energía. Si realmente se puede crear este tipo de máquina de movimiento perpetuo, entonces podremos obtener poder infinito de la nada sin utilizar ninguna energía natural. Antes de que la gente entendiera las leyes básicas de la naturaleza, esta idea alguna vez tentó a muchas personas con talentos creativos sobresalientes, y dedicaron mucha sabiduría y trabajo para perseguir la realización de este sueño. Sin embargo, nunca se ha construido ninguna máquina de movimiento perpetuo, y ningún diseño de máquina de movimiento perpetuo ha resistido jamás el escrutinio científico.
El francés Henneckau propuso un famoso diseño de máquina de movimiento perpetuo en el siglo XIII. El dispositivo diseñado por Henneko aún no se llamaba máquina de movimiento perpetuo, pero se llamó "rueda mágica" debido a sus propiedades particularmente atractivas. Instaló 12 postes cortos móviles a intervalos iguales en el borde de una rueda y colocó una bola pesada en cada extremo del poste. No importa dónde gire la rueda, la bola pesada de la derecha siempre está más lejos del eje que la bola pesada de la izquierda. Hennicau imaginó que el mayor efecto en la derecha, especialmente los lanzamientos fuertes, obligarían a la rueda a girar sin cesar en la dirección indicada por la flecha, al menos hasta que el eje se desgastara. En realidad, sin embargo, la rueda gira una o dos veces y luego se detiene.
Más tarde, Leonardo da Vinci (1452-1519) produjo un dispositivo similar en la Italia del Renacimiento. Al diseñar, creía que la bola pesada de la derecha estaba más lejos del centro de la rueda que la bola pesada de la izquierda, y la rueda giraría en la dirección de la flecha debido al desequilibrio en ambos lados, pero el experimento los resultados fueron negativos. Leonardo da Vinci llegó a la conclusión de que una máquina de movimiento perpetuo era imposible.
De hecho, según el principio de equilibrio de palanca, en los dos diseños anteriores, aunque cada peso de la derecha tiene un mayor efecto de rotación en la rueda, el número de pesos es menor. Cálculos precisos pueden demostrar que siempre habrá una posición adecuada donde los efectos de rotación opuestos (torques) ejercidos sobre la rueda por los pesos en los lados izquierdo y derecho sean exactamente iguales y se cancelen entre sí, de modo que la rueda alcance el equilibrio y se detenga. .
La gota de agua que fluye puede empujar la turbina para suministrar energía al mundo exterior. ¿Se puede utilizar agua corriente para diseñar una máquina de movimiento perpetuo? En la década de 1970, el maquinista italiano Steyer propuso el diseño de una máquina de movimiento perpetuo. En su diseño, creía que el agua que salía del tanque superior afectaría la rotación de la rueda hidráulica. Mientras hace girar la rueda hidráulica, la rueda hidráulica accionará la bomba de tornillo a través de un conjunto de engranajes para elevar el agua del depósito al tanque de agua superior nuevamente. Pensó que todo el dispositivo podría seguir funcionando así, funcionando de manera eficiente. De hecho, cada vez fluye menos agua hacia el tanque y pronto toda el agua del tanque fluye hacia el depósito de abajo y la turbina deja de funcionar.
La flotabilidad también es una buena ayuda en el diseño de máquinas de movimiento perpetuo. Es un famoso diseño de movimiento perpetuo de flotabilidad. Una serie de bolas, envueltas alrededor de las ruedas superiores e inferiores, pueden girar como una cadena. Algunas bolas de la derecha se colocan en un recipiente lleno de agua. El diseñador cree que si no hay un recipiente de agua en el lado derecho y el número de bolas en los lados izquierdo y derecho es igual, la cadena estará equilibrada. Sin embargo, ahora que las bolas de la derecha están sumergidas en agua y flotan en el agua, el agua las empujará hacia arriba, lo que hará que toda la cadena de bolas gire alrededor de las ruedas superior e inferior. Hay una pelota en el agua. Se agrega una bola debajo, por el fondo del recipiente.
¿Es porque no se ha construido una máquina de movimiento perpetuo de este tipo porque es técnicamente difícil dejar que la bola que está debajo pase por el fondo del recipiente sin que se escape agua? La dificultad técnica no es el problema principal, es una cuestión de principios de diseño. Cuando la bola de abajo pasa por el fondo del recipiente, soporta la presión del agua de arriba, al igual que el fondo del recipiente, y como está en el fondo del agua, la presión es muy alta. Esta presión hacia abajo contrarresta la flotabilidad de la pelota que está arriba y la máquina hidrodinámica no permanecerá quieta para siempre.
Además, también se han propuesto varios diseños de máquinas de movimiento perpetuo que utilizan la inercia de las ruedas, la acción capilar de tubos finos, la fuerza electromagnética, etc. para obtener potencia efectiva, pero todos han fracasado sin excepción. De hecho, en todos los diseños de máquinas de movimiento perpetuo, siempre podemos encontrar una posición de equilibrio donde las fuerzas simplemente se cancelan entre sí y ya no hay ninguna fuerza impulsora que la haga moverse. Todas las máquinas de movimiento perpetuo inevitablemente se detendrán en esta posición de equilibrio y quedarán impotentes.
Los interminables diseños de máquinas de movimiento perpetuo han fracasado bajo el riguroso escrutinio de la ciencia y las pruebas despiadadas de la práctica. En 1775, la Academia Francesa de Ciencias anunció que "los profesores universitarios ya no revisarían todos los diseños relacionados con máquinas de movimiento perpetuo". Esto demuestra que la comunidad científica de aquella época se había dado cuenta, a partir de una larga experiencia acumulada, de que no había esperanzas de éxito al intentar crear una máquina de movimiento perpetuo.
El fracaso de varios diseños de máquinas de movimiento perpetuo y la desilusión del hermoso sueño de las máquinas de movimiento perpetuo son un gran golpe para todos aquellos que buscan máquinas de movimiento perpetuo. Sin embargo, reflexionar sobre este fallido proceso de exploración puede iluminar a la humanidad desde el lado negativo. Algunos científicos partieron de esta conclusión negativa y plantearon la pregunta: no se puede crear un movimiento perpetuo. ¿Significa que existe una ley en la naturaleza que nos hace imposible obtener energía de la nada? En otras palabras, existe una cierta relación de transformación entre diversas energías de la naturaleza. Pensar en este sentido es una de las claves para establecer los principios de transformación y conservación de la energía. El famoso físico y fisiólogo alemán H. Helmholtz (1821-1894) partió del hecho de que no se puede realizar una máquina de movimiento perpetuo y descubrió los principios de conversión y conservación de la energía. Escribió en el artículo: "Dado el fracaso de experimentos anteriores, la gente... ya no pregunta '¿Cómo puedo crear un movimiento eterno utilizando las relaciones conocidas y desconocidas entre varias fuerzas naturales?' sino '¿Qué pasa si el movimiento eterno es movimiento?' imposible, entonces, ¿cuál debería ser la relación entre las diversas fuerzas naturales? '"
A mediados del siglo XIX, la comunidad científica reconocía generalmente los principios de conversión y conservación de la energía. Este principio señala que todas las sustancias en la naturaleza tienen energía, correspondiente a diferentes formas de movimiento, y la energía también tiene diferentes formas, como energía cinética y energía potencial del movimiento mecánico, energía interna del movimiento térmico, energía electromagnética del movimiento electromagnético, energía química. energía del movimiento químico, etc. Están representados por parámetros de estado específicos de diversas formas de movimiento. Cuando cambia la forma del movimiento o se transfiere la cantidad de movimiento, la energía también cambia de una forma a otra, de un sistema a otro. Durante el proceso de transformación y transferencia, la energía total permanece constante.
También existe una fantasía maravillosa que no viola los principios de transformación y conservación de la energía. Si toda la energía térmica del aire o del agua de mar se puede convertir en el trabajo mecánico que necesitamos mediante máquinas inteligentes, puede convertirse en una fuente de energía inagotable. La idea detrás de esta máquina era mucho más inteligente que la idea anterior de generar energía de la nada. Si realmente se pudiera inventar una máquina así, habría otro beneficio. Por un lado, podemos extraer energía térmica de un objeto para realizar trabajo y, al mismo tiempo, reducir la temperatura del objeto. De esta manera, podemos construir enormes fábricas en el océano y utilizar la energía térmica del agua de mar para realizar diversas tareas, como utilizarla para generar electricidad. Un barco podría utilizar el calor del agua de mar para viajar alrededor del mundo sin quemar carbón ni petróleo. ¿No es esto algo hermoso? Esto se puede llamar una segunda máquina de movimiento perpetuo, lo cual también es imposible de lograr porque viola la segunda ley de la termodinámica.
La segunda ley de la termodinámica es una ley objetiva comprobada por innumerables prácticas. Puede expresarse como: "Es imposible absorber calor de una única fuente de calor y convertirlo en trabajo útil sin otros efectos". Es decir, un motor térmico no puede ser 100% eficiente. Necesita convertir parte del calor absorbido de la fuente de calor de alta temperatura en trabajo útil y, al mismo tiempo, poner la otra parte en la fuente de calor de baja temperatura.
Buscar la experiencia de falla de las máquinas de movimiento perpetuo puede darnos dos revelaciones: primero, la experiencia de falla también tiene un valor de investigación científica positivo. El fracaso de varios planes de diseño de máquinas de movimiento perpetuo ha hecho que la gente reflexione y se estimule. transformación de energía. La idea de transformación y conservación de energía se ha convertido en una de las claves de pensamiento para el establecimiento de principios de transformación y conservación de energía. En segundo lugar, debemos actuar de acuerdo con las leyes científicas; Las personas que persiguieron máquinas de movimiento perpetuo en la historia no lo hicieron porque no tuvieran un buen deseo, ni les faltara el espíritu para estudiar mucho, sino porque hicieron un trabajo que violaba leyes objetivas. Antes de que la gente conozca las leyes de la transferencia y transformación de energía, sólo podemos sentir pena por el fracaso de esos esfuerzos por buscar máquinas de movimiento perpetuo. Sin embargo, si alguien todavía hoy diseña una máquina de movimiento perpetuo, es un estúpido, viola las leyes de la ciencia y nunca lo logrará.