Ko se znanost razvija, njeni zakoni pokrivajo vedno širša področja, se izpopolnjujejo, približujejo naravnim zakonom in jim postanejo ustrezni. V splošni obliki je naravo povezave med naravnimi zakoni in zakoni znanosti jasno izrazil A. Einstein: "Naše ideje o fizični resničnosti nikoli ne morejo biti dokončne in vedno moramo biti pripravljeni te ideje spremeniti." P. L. Kapitsa, ki je imela rada paradokse, je celo rekla: "Niso zanimivi sami zakoni, ampak odstopanja od njih."
Toda izumitelji perpetuum mobile se motijo in računajo na povsem možno spremembo zakonov znanosti, ki še ne dovoljujejo delovanja večnih strojev. Dejstvo je, da zakoni znanosti (zlasti fizike) niso preklicani, temveč dopolnjeni in razviti.
N. Bohr je oblikoval splošno stališče (1923), ki je odražalo to pravilnost v razvoju znanosti: načelo korespondence, ki pravi, da vsak splošnejši zakon vključuje stari zakon kot poseben primer; dobi se (stari) iz novega pri prehodu na druge vrednosti količin, ki ga definirajo.
Odobritev zakona o ohranjanju energije - prvega zakona termodinamike - je poskušala ustvariti večni stroj prve vrste popolnoma brezupno. In čeprav so še vedno potekali, se je glavna miselna smer ustvarjalcev perpetuum mobile spremenila. Nove različice večnih gibalnih strojev se rodijo že v popolnem soglasju s prvim zakonom termodinamike: koliko energije vstopi v tak motor, popolnoma enaka količina izgine.
Kot veste, lahko zakon o ohranjanju energije oblikujemo v naslednji nekoliko spremenjeni obliki: pri vseh procesih pretvorbe energije mora vsota vseh vrst energije, ki sodelujejo v tem procesu, ostati nespremenjena. Takšna formulacija, čeprav ne dopušča možnosti ustvarjanja energije iz ničesar, pušča pa še en način uresničitve večnega gibalnega stroja, katerega načelo delovanja bi temeljilo na idealnem preoblikovanju ene oblike energije v drugo.
Znano je bilo, da se delo v motorjih opravi, ko vroče telo odda toploto plinu ali pari in para deluje, na primer s premikanjem bata. Vendar se je izkazalo, da ni bilo mogoče, da bi energija iz hladnejšega telesa prešla v bolj vročo. Toda za ustvarjanje večnega gibalnega stroja je treba hkrati delati.
Kot rezultat razvoja termodinamike, ki temelji na delih Sadija Carnota, je Rudolf Clausius pokazal, da je nemogoč postopek, v katerem bi toplota spontano prehajala iz hladnejših teles v toplejša telesa. Hkrati ni mogoč le neposreden prehod - nemogoče ga je izvesti tudi s pomočjo strojev ali naprav, ne da bi se v naravi zgodile nadaljnje spremembe.
William Thomson (Lord Kelvin) je oblikoval načelo nezmožnosti večnega stroja druge vrste (1851), saj so postopki v naravi nemogoči, katerih edina posledica bi bilo mehansko delo, ki bi se izvajalo s hlajenjem rezervoarja toplote.
Promocijski video:
Raziskovanje vprašanja nove vrste perpetuum mobile na začetku XX. Stoletja. študiral je slavni nemški fizik in kemik Wilhelm Ostwald. Poimenoval je idealni stroj, ki je sposoben ciklično in brez izgub pretvarjati energijo iz ene oblike v drugo, imenoval je večni gibalni stroj druge vrste. Kot lahko vidite, tudi po zavrnitvi možnosti za ustvarjanje prve vrste neprekinjenega stroja, problem večnega gibanja ostaja odprt. Vendar se večni gibalni stroji prve in druge vrste že bistveno razlikujejo med seboj. Če je funkcija večnega gibalnega stroja prve vrste, ki so ga znanstveniki razglasili za neuresničljivo, zajemala neprekinjeno izvajanje koristnega dela brez obnavljanja zalog energije iz zunanjih virov, potem je bila od trajnega mehanizma druge vrste potrebna le sposobnost idealne preobrazbe energije.
Po prvem zakonu termodinamike je toplota enakovredna mehanski energiji, zato je povsem brez izpodbijanja prvega načela mogoče zgraditi stroj, ki odvzema toploto telesu, ki ima temperaturo okoliškega zraka, ali na primer jemlje toploto iz vode iz velikih rezervoarjev in izvaja zaradi to mehansko delo. Če zdaj prejeto mehansko energijo pretvorimo nazaj v toploto, potem nastane zaprti krog pretvorbe energije, ki temelji na principu večnega stroja druge vrste.
Vendar se takšni pojavi v vsakdanjem življenju nikoli ne srečajo. V toplem prostoru se steklenica mleka, vzeto iz hladilnika, segreje in kozarec vročega čaja ohladi. Poleg tega hladna tekočina pri segrevanju neopazno zniža temperaturo zraka v prostoru, vroča pa jo poveča. Hkrati pa se nikoli ne zgodi, da se hladno telo ohladi samo od sebe ali pa se vroče ogreje. Za takšno hlajenje se uporabljajo posebne hladilne enote, ki pa potrebujejo stalno oskrbo z energijo iz zunanjih virov. Hkrati pa spontano ohlajanje prehlada ali ogrevanje vročega telesa sploh ni v nasprotju s prvim zakonom termodinamike. Zato je očitno, da je treba besedilo tega zakona nekako razjasniti in dopolniti.
Drugi zakon termodinamike odpravlja nepopolnost zakona o ohranjanju energije, ki ni ločeval med reverzibilnimi in nepovratnimi procesi in s tem pustil iluzorno upanje za tiste, ki se niso želeli sprijazniti z nezmožnostjo ustvarjanja perpetuum mobile. To fizikalno načelo nalaga omejitev smeri procesov, ki se lahko pojavijo v termodinamičnih sistemih. Drugi zakon termodinamike prepoveduje tako imenovane večne stroje druge vrste, kar kaže, da izkoristek ne more biti enak enoti, saj pri krožnem procesu temperatura hladilnika ne more biti enaka absolutni ničli (nemogoče je zgraditi zaprti cikel, ki poteka skozi točko z ničelno temperaturo).
Obstaja več enakovrednih formulacij drugega zakona termodinamike:
Clausiusov postulat: "Krožen proces je nemogoč, katerega edini rezultat je prenos toplote iz manj ogrevanega telesa v bolj ogreto" (ta proces se imenuje Clausiusov postopek).
Thomsonov (Kelvinov) postulat: "Nemogoč je krožni postopek, katerega edini rezultat bi bila proizvodnja dela s hlajenjem toplotnega rezervoarja" (ta proces se imenuje Thomsonov postopek).
Druga formulacija drugega zakona termodinamike temelji na konceptu entropije:
"Entropija izoliranega sistema se ne more zmanjšati" (zakon ne padajoče entropije). V stanju z največjo entropijo so makroskopski nepovratni procesi (in postopek prenosa toplote je zaradi Clausiusovega postulata vedno nepovraten) nemogoči.
Ko je nastala statistična termodinamika, ki je temeljila na molekularnih konceptih, se je izkazalo, da ima drugi zakon termodinamike statistični značaj: velja za najverjetnejše vedenje sistema. Obstoj nihanj preprečuje njegovo natančno izvajanje, vendar je verjetnost kakršne koli pomembne kršitve izredno majhna. To pomeni, da je prenos toplote iz hladnega telesa v bolj vroč možen, vendar je to zelo malo verjeten dogodek. In v naravi se zgodijo najverjetnejši dogodki.
Preberite tudi "Večni gibalni stroj prve vrste" in "Večni gibalni stroj tretje vrste"