Ako sa veda vyvíja, jej zákony pokrývajú čoraz širšie oblasti, sú zdokonaľované, približujú sa k prírodným zákonom a stávajú sa im adekvátnymi. V zovšeobecnenej podobe charakter spojenia medzi prírodnými zákonmi a zákonmi vedy jasne vyjadril A. Einstein: „Naše predstavy o fyzickej realite nikdy nemôžu byť konečné a my musíme byť vždy pripravení tieto predstavy zmeniť.“P. L. Kapitsa, ktorý miloval paradoxy, dokonca povedal: „Zaujímavé nie sú samotné zákony, ale odchýlky od nich.““
Ale vynálezcovia perpetuum mobile sa mýlia a rátajú s úplne možnou zmenou vedeckých zákonov, ktoré zatiaľ neumožňujú prevádzku strojov s permanentným pohybom. Faktom je, že zákony vedy (najmä fyziky) sa nezrušujú, ale dopĺňajú a rozvíjajú.
N. Bohr formuloval všeobecné stanovisko (1923), odrážajúce túto pravidelnosť vývoja vedy: zásadu korešpondencie, ktorá hovorí, že akýkoľvek všeobecnejší zákon obsahuje starý zákon ako osobitný prípad; získava sa (starý) z nového pri prechode na iné hodnoty veličín, ktoré ho definujú.
Schválenie zákona zachovania energie - prvý zákon termodynamiky - urobilo pokusy o vytvorenie stroja s permanentným pohybom prvého druhu absolútne beznádejným. A hoci stále pokračovali, hlavné myšlienkové smerovanie tvorcov perpetuum mobile sa zmenilo. Nové verzie strojov na trvalý pohyb sa rodia v úplnej zhode s prvým zákonom termodynamiky: koľko energie vstupuje do takého motora, úplne rovnaké množstvo zhasne.
Ako viete, zákon zachovania energie je možné formulovať v tejto trochu upravenej podobe: pre všetky procesy premeny energie musí súčet všetkých druhov energie zúčastňujúcich sa na tomto procese zostať nezmenený. Takáto formulácia, aj keď neumožňuje možnosť vytvárania energie z ničoho, ponecháva otvorený iný spôsob realizácie stroja na trvalý pohyb, ktorého princíp fungovania by bol založený na ideálnej premene jednej formy energie na inú.
Bolo známe, že práca v motoroch sa vykonáva, keď horúce telo vydáva teplo plynu alebo pare a para funguje, napríklad pri pohybe piestom. Ukázalo sa však, že neexistuje spôsob, ako prinútiť energiu z chladnejšieho tela, aby išla do teplejšieho. Na vytvorenie stroja na trvalý pohyb je však potrebné, aby sa súčasne pracovalo.
Výsledkom vývoja termodynamiky na základe prác Sadiho Carnota bolo, že Rudolf Clausius ukázal, že je nemožný proces, pri ktorom by teplo spontánne prechádzalo z chladnejších telies do teplejších telies. V takom prípade je nemožný nielen priamy prechod - je tiež nemožné ho vykonať pomocou strojov alebo prístrojov bez toho, aby došlo k akýmkoľvek iným zmenám v prírode.
William Thomson (lord Kelvin) formuloval princíp nemožnosti perpetuetného stroja druhého druhu (1851), pretože procesy sú svojou povahou nemožné, čoho jediným dôsledkom by bola mechanická práca vykonávaná ochladením tepelného zásobníka.
Propagačné video:
Skúmanie problému nového typu perpetuum mobile na začiatku XX storočia. študoval slávny nemecký fyzik a chemik Wilhelm Ostwald. Nazval ideálny stroj, schopný cyklicky a bez strát premieňať energiu z jednej formy na druhú, nazval večný pohybový stroj druhého druhu. Ako je zrejmé, aj po upustení od možnosti vytvorenia stroja na trvalý pohyb prvého druhu zostáva problém večného pohybu otvorený. Avšak stroje na trvalý pohyb prvého a druhého druhu sa už navzájom výrazne líšia. Ak funkcia stroja s trvalým pohybom prvého druhu, ktorý vedci vyhlásili za nerealizovateľný, spočívala v nepretržitom vykonávaní užitočnej práce bez doplňovania energetických rezerv z externých zdrojov, potom bola z prístroja na ustavičný pohyb druhého druhu vyžadovaná iba schopnosť ideálne transformovať energiu.
Podľa prvého termodynamického zákona je teplo rovnocenné s mechanickou energiou, takže bez toho, aby to bolo v rozpore s prvým princípom, je celkom možné postaviť stroj, ktorý odoberá teplo z telesa, ktoré má teplotu okolitého vzduchu, alebo napríklad odoberá teplo z vody z veľkých nádrží a účinkuje vďaka táto mechanická práca. Ak premeníme teraz prijatú mechanickú energiu späť na teplo, potom vznikne uzavretý cyklus premeny energie, založený na princípe stroja večného pohybu druhého druhu.
S takýmito javmi sa však v každodennom živote nikdy nestretneme. V teplej miestnosti sa fľaša mlieka vytiahnutá z chladničky zahreje a pohár horúceho čaju sa ochladí. Navyše studená kvapalina pri zahrievaní nepostrehnuteľne znižuje teplotu vzduchu v miestnosti a horúca ju zvyšuje. Zároveň sa nikdy nestane, že by sa studené telo ochladilo samo alebo by sa zahrialo horúce. Na takéto chladenie sa používajú špeciálne chladiace jednotky, ktoré však potrebujú stály prísun energie z externých zdrojov. Súčasne spontánne ochladenie chladu alebo zahriatie horúceho telesa vôbec nie je v rozpore s prvým zákonom termodynamiky. Preto je zrejmé, že znenie tohto zákona by malo byť nejako objasnené a doplnené.
Druhý zákon termodynamiky vylučuje neúplnosť zákona zachovania energie, ktorý nerozlišuje medzi reverzibilnými a nezvratnými procesmi, a tým zanecháva iluzórnu nádej pre tých, ktorí sa nechcú zmieriť s nemožnosťou vytvorenia perpetuum mobile. Tento fyzikálny princíp ukladá obmedzenie smeru procesov, ktoré sa môžu vyskytnúť v termodynamických systémoch. Druhý zákon termodynamiky zakazuje takzvané stroje s permanentným pohybom druhého druhu, ktoré ukazujú, že účinnosť sa nemôže rovnať jednotke, pretože pre kruhový proces sa teplota chladničky nemôže rovnať absolútnej nule (je nemožné vytvoriť uzavretý cyklus prechádzajúci bodom s nulovou teplotou).
Existuje niekoľko ekvivalentných formulácií druhého zákona termodynamiky:
Clausiusov postulát: „Nie je možný kruhový proces, ktorého jediným výsledkom je prenos tepla z menej ohriateho tela do ohriateho“(tento proces sa nazýva Clausiusov proces).
Thomsonov (Kelvinov) postulát: „Nie je možný kruhový proces, ktorého jediným výsledkom by bola výroba práce ochladením zásobníka tepla“(tento proces sa nazýva Thomsonov proces).
Ďalšia formulácia druhého zákona termodynamiky je založená na koncepcii entropie:
„Entropia izolovaného systému sa nemôže znižovať“(zákon neklesajúcej entropie). V stave s maximálnou entropiou nie sú možné makroskopické ireverzibilné procesy (a proces prenosu tepla je vždy nezvratný vďaka Clausiusovmu postulátu).
Keď sa vytvorila štatistická termodynamika, ktorá bola založená na molekulárnych konceptoch, ukázalo sa, že druhý zákon termodynamiky má štatistický charakter: je platný pre najpravdepodobnejšie správanie systému. Existencia výkyvov znemožňuje jeho presnú implementáciu, ale pravdepodobnosť akéhokoľvek závažného porušenia je extrémne malá. To znamená, že je možný prenos tepla zo studeného tela do teplejšieho, je to však mimoriadne nepravdepodobná udalosť. A v prírode sa dejú najpravdepodobnejšie udalosti.
Prečítajte si tiež „Stroj na trvalý pohyb prvého druhu“a „Stroj na trvalý pohyb tretieho druhu“