Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии [заметки]

Шрифт

Интервал

Орд-Хьюм А. Вечное движение/Пер. с англ. М.: Знание. 1980; Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня/Пер. с чешек. М.: Мир. 1984.

Интересно сопоставить прогноз Р. Бэкона с прогнозом (сделанным в 1900 г.!) американского ученого-астронома Ньюкома: «Все данные современной науки указывают, что никакие возможные сочетания известных веществ, типов машин и форм энергии не позволят построить аппарат, практически пригодный для длительного полета человека в воздухе». Эта ученая тирада была произнесена за три года до полета братьев Райт!

В Германии в течение XIII в. было основано около 400 городов; аналогичный процесс шел и в других странах Европы. В домонгольской Руси было так много городов, что скандинавы называли ее «Гардарик» — страна городов.

Иногда его называют Петром Перегрином или по месту рождения Пьером де Мерикуром.

Напомним, что в то время господствовала геоцентрическая система мира Птолемея.

Историки отмечают, что древнеиндийские ученые, как правило, не прибегали к подробным доказательствам, рассчитывая, по-видимому, на достаточно сообразительного читателя. Они просто давали схему и писали: «Смотри».

Флорентийская академия (Академия дель Чименто — «академия опытов») была одним из первых научных обществ, возникших в XVII в. в Европе. Ее основателями были Е. Торричелли и его ученик В.Вивиани, продолжавшие традиции Галилея. Ее иностранным членом состоял Р. Бойль.

Он занимался и механическим ppm, доказывая теоретически на основе положения, что «меньшим грузом можно поднять больший», что такой двигатель возможен. Несмотря на не очень глубокий теоретический багаж, Кирхер был способным изобретателем. Достаточно свидетельствует об этом хотя бы тот факт, что он изобрел проекционный («волшебный») фонарь.

Который и подсказал Д. Папину идею сочетания поршня с цилиндром.

Она может служить прекрасной основой для исторической повести, пьесы и даже музыкальной комедии. Художественная литература, как и музыкальная драматургия, уделяет истории большое внимание, хотя ученые и изобретатели фигурируют в ней реже, чем заслуживают. Особенно этот упрек относится к композиторам. Только Ж. Оффенбах показал блестящий пример своей комической оперой «Доктор Оке» на сюжет научно-фантастической повести Ж. Верна.

В одном английском патенте (от 9.III. 1635 г.) об этом с юридической точностью сказано: «Он (патент) относится к искусству создания машин, которые, будучи раз пущены в ход, будут идти, совершая свои движения вечно и притом без приложения какой-либо силы — человека, лошади, ветра, реки или источника и в то же время исполнять различные работы к благу и процветанию государства».

Знаменательно, что Фишер находился в Герлахе, чтобы наблюдать за строительством паровой машины. Работа по созданию универсального двигателя шла одновременно по двум столь различным направлениям. Иногда бывало и так, что с ними были связаны одни и те же люди! Вспомним хотя бы случай с Д. Папином.

Впоследствии Шумахер был советником и директором Академии наук, заведовал хозяйственной частью. Отличаясь более расторопностью, чем пониманием задач Академии, он принес ей много вреда. В частности, известно, сколько крови он испортил М.В.Ломоносову. Но все это было уже после смерти Петра I.

Гравезанда

Читатель может ознакомиться с его полным текстом в [2.17 с. 541— 543].

Слово «конец» не означает, естественно, полного прекращения попыток создать ppm-1; но такие попытки уже лежат за пределами серьезных дел и связаны либо с недостаточной грамотностью, либо с чудачеством.

Тот самый, с именем которого связывают притчу о «буридановом осле», умирающем от голода между двумя одинаковыми стогами сена, расстояния до которых равны.

Сравните латинскую пословицу: «Causa aequat effectum» (причина равна действию).

Мы приводим цитату из Ломоносова, сохраняя выразительные особенности стиля и языка того времени, которые в остальных цитатах при переводе, к сожалению, теряются.

Л. Карно (1753-1823 гг.) был чрезвычайно разносторонним человеком. Крупный математик и механик, член Парижской Академии наук; во время Французской революции проявил себя как военный организатор («организатор победы» революционных армий). С. Карно, один из основателей термодинамики, о котором мы в дальнейшем будем часто упоминать, — его старший сын.

В нем шла также речь и о других неразрешимых задачах, но из области математики: квадратуре круга, удвоении куба и трисекции угла.

Постановление Академии, несомненно, оказало влияние на умы людей, близко стоящих к науке, и сказалось на ее дальнейшем развитии. Что касается рядовых изобретателей ppm, далеких от науки, то они, как мы увидим из дальнейшего, еще долго продолжали свои поиски.

Характерно поведение того самого Поггендорфа, который не принял статью Майера в 1841 г. В биографическом словаре, выпущенном им в 1863 г., справка о Р. Майере заканчивалась так: «...кажется около 1858 г. умер в сумасшедшем доме». Но в конце книги сделано добавление: «Не умер..., но еще жив».

Но и здесь не обошлось без ученых оппонентов. Один из членов Королевского общества заявил после доклада Джоуля, что не доверяет ему, поскольку «у него нет ничего большего за душой, чем сотые доли градуса».

Это было совершенно естественно, так как он перешел из механики, где его точное значение было установлено еще в конце XVIII в.

В общем случае работа может быть не только механической, но и электрической, магнитной и т. д. Однако все, что сказано об упорядоченном движении частиц, относится и к этим случаям.

От двух греческих слов: «термо» — теплота и «динамос» — сила (вспомним, что «силой» в то время называли то, что мы называем «энергия»).

Термин «первое начало (основной закон) термодинамики» как принцип эквивалентности теплоты и работы ввел Р. Клаузиус в 1850 г.

Речь, разумеется, идет о такой системе, параметры которой в ходе процесса не меняются. В нашем случае это означает, что энергия внутри нее не накапливается и не расходуется.

Если равенства нет, можно выносить приговор: перед нами ppm-1, он жить не будет.

Циркулирующее внутри рабочее тело (например, вода) не учитывается, так как оно не проходит через контрольную поверхность.

Есть еще интересные данные за 1897-1903 гг. о распределении авторов заявок, сделанных в Британии, по странам. Из 31 заявки 10 были из Англии, 8 — из США, 5 — из Германии, 3 — из Франции, 2 — из Австрии и по одной из Бельгии, России и Италии.

Даже сейчас в некоторых книгах можно встретить неточную (а даже просто неверную) трактовку этих фундаментальных понятий.

С. Михал [2.6] сообщает, что в Пражское управление по делам изобретений и открытий в 1970-1973 гг. поступало ежегодно до 50 проектов ppm.

Подробно история Д. Кили изложена А. Орд-Хьюмом [2.5]. Здесь мы ограничимся только кратким описанием.

Как мы увидим дальше, традиция поддерживать псевдонаучные новинки такого же рода учеными-специалистами из других областей сохранилась и до нашего времени.

Так случилось, что в 1995 г. автор этой книги был в Испании по приглашению профессора Сарагосского университета по фамилии Валеро, и подарил ему экземпляр этой книги, переведенной на испанский язык (изд. «Мир». 1990). В связи с этим возник разговор о том Валеро, который якобы разъезжал по Испании на «водяном» и «воздушном» автомобилях. Трудно передать изумление моего собеседника — я не знал испанских слов, которые он сказал, но смысл их был мне понятен.

Для количественной характеристики этих небывалых устройств используется и небывалая единица измерения — кВт/ч. Известно, что единица мощности — кВт уже содержит в знаменателе время (кВт — это кДж/сек). Если ее еще раз отнести ко времени, получится нечто лишенное смысла. В конце концов это логично — несуществующую энергию и надо мерить несуществующей единицей.

Интересно отметить, что в том же номере газеты «Деловой мир», где опубликована цитируемая выше статья «Тепло вашему дому» помещена реклама билетов печально известной финансовой пирамиды «МММ» с цифрами месячного роста их рыночной стоимости (на 325%!).

Как заметил в свое время А.С. Пушкин: «бывают странные сближения»!

Именно поэтому мы назвали повесть Шеербарта фантастической, а не научно-фантастической.

Читатель может познакомиться с рассказами и по книге Я.И. Перельмана «Занимательная физика», ч. 1, где приведены большие выдержки из них.

В отрицании незыблемости законов природы (а, следовательно, и законов науки) изобретатели «незаконных» устройств смыкаются, как ни странно, со средневековыми схоластами, которые считали такие законы божественным установлением. Такая точка зрения жила довольно долго. Тот самый физик Гравезанд, о котором мы упоминали в связи с историей Орфиреуса, писал в своем курсе физики (1747): «Закон природы есть правило и закон, о которых Богу было угодно, чтобы известные движения всегда, т. е. во всех случаях, происходили бы по ним». Отсюда следует, что если богу угодно, можно, чтобы было и «не так», а иначе. Не этим ли объясняется, что Орфиреусу удалось запутать Гравезанда?

Это, конечно, не случайность. Путаная терминология (об этом уже говорилось в предыдущей главе) большей частью соответствует путанице в идеях; точная терминология, напротив, выявляет, «высвечивает» ошибки.

Недаром, ссылаясь на Декарта, А.С.Пушкин писал: «Определяйте значение слов, и вы избавите свет от половины его заблуждений» [1.17].

Разумеется, чем выше концентрация, плотность энергии, тем при прочих равных условиях легче ее использовать (нужны меньшие затраты, площади и т.д.). Но в принципе возможность получения работы этим не определяется.

С. Карно не дожил до признания своих заслуг, и его книга прошла незамеченной. Вторую жизнь дал ей французский ученый и инженер Б. Клапейрон (1799-1864 гг.), издавший книгу Карно в 1834 г. со своими комментариями и дополнениями.

Об этом говорилось в гл. 2.

Здесь и в дальнейшем «теплоприемником» будет называться объект (например, атмосферный воздух), к которому отводится теплота от двигателя, а «теплоотдатчиком» — тот, от которого двигатель получает теплоту.

Ее часто называют «теплотой окружающей среды», но это неверно, как мы уже показали в гл. 2, ибо теплота «содержаться» в окружающей среде (как и в любом другом теле) не может.

Примечательно, что сам С. Карно в определенной степени это чувствовал: везде, где он говорил о теплоте (в смысле величины Q), использовалось слово chaleur (тепло), а где о теплороде — другое, уже упоминавшееся нами слово calorique — теплород. То, что это не случайность, видно из того, что такая терминология ни разу не нарушается.

Это греческое словосочетание, созвучное слову «энергия», означает «превращение».

Совершенно естественно, что баланс энтропии нужно подсчитывать (как для обратимых, так и необратимых процессов) в изолированных системах. Иначе внешний приток (или отток) теплоты, а следовательно, и энтропии смажет всю картину.

Такой воображаемый ppm-2 иногда называют монотермическим двигателем, так как он должен работать от одного теплоотдатчика с одной температурой To.c. без теплоприемника с более низкой температурой. Отсюда и монотермический — однотепловой («моно» — один).

Если встряхивать поднос 1 раз в секунду.

Эта формула высечена на пьедестале надгробного памятника Больцману в Вене.

Иногда возникает вопрос о том, как в природе осуществляется переход к более вероятным состояниям. В примере с монетами и подносом для этого потребовалась некая «внешняя сила» — нужно было кому-то трясти поднос. А в природе? Дело в том, что природа сама всегда «трясет поднос», поскольку неподвижности, равновесия в ней нет. Другое дело, что иногда (и даже часто) эта «тряска» не настолько сильна, чтобы быстро «растормозить» некоторые неравновесности.

Человек в своих интересах может этот процесс ускорить. Например, сжигая топливо для получения электроэнергии, мы используем химическую неравновесность между топливом и кислородом воздуха, подробнее об этом будет сказано дальше.

Очевидно, что в четвертом и пятом случаях справа (и соответственно слева) могут быть не две системы или два потока, а больше. При этом условие, что суммарная энтропия справа должна быть равной или большей энтропии слева, естественно, сохраняется.

Напомним, что в то время не было строгих определений работы и теплоты, поэтому «работа», о которой писал Клаузиус, — это механическая энергия, а «теплота» — внутренняя энергия тел.

Известно, что в ситуациях, когда в ходе дискуссии нет серьезных доводов или фактов, некоторые люди прибегают к ссылкам на авторитеты; особенно часто используются классики. Этот средневековый прием доказательства «argumentum ipse dixit» («сам сказал») используется идеологами ppm-2 очень широко [3.1-3.2], причем соответствующие цитаты приводятся без серьезного их анализа, без учета времени и условии, при которых отрывок был написан.

Поток излучения, как и всякий поток энергии, тоже характеризуется определенной степенью беспорядка (разные частоты и другие характеристики колебаний частей спектра). Только монохроматическое когерентное излучение (например, лазера) полностью упорядочено и (как и работа) характеризуется нулевой энтропией.

Оно (правда, под другим названием) появилось не намного позже самого второго закона термодинамики — в 80-х годах прошлого века, но нашло широкое применение только в наше время. Термин «эксергия» (т. е. внешняя, способная проявиться в деле энергия) предложил югославский ученый З.Рант в 1956 г.

Если мы отдадим теплоту при другой температуре, она еще будет иметь некоторую работоспособность; чтобы извлечь всю работу, нужно отдать теплоту совершенно неработоспособную, т. е. характеризующуюся температурой среды.

Т. е. внутренней энергии.

Подробнее с тепловыми насосами можно познакомиться в специальной литературе [1.26, 1.27].

Коэффициенты преобразования при этом будут достаточно большими в соответствии с таблицей, но это, как мы видели, не меняет дела.

Это был инженер-металлург (не энергетик), который не поленился проштудировать все рекомендованные ему книги и даже провел необходимый эксперимент (на все это ушел почти год). После этого он пришел и мужественно признал, что был неправ.

С именем Стирлинга мы встретимся в следующей главе.

Нужно, конечно, учитывать, что профессионалы тоже бывают разные. Бывают и очень узкие профессионалы, точнее, специалисты, весьма образованные в локальной области, но творчески, из-за ограниченности кругозора, почти бесполезные. Именно про таких говорил К. Маркс, что они страдают «профессиональным кретинизмом».

Кривая зависимости давления пара от температуры кипения аммиака показана на рис. 5.2.

От греческого «крио» — очень холодный, морозный. Так называется область температур ниже 120 К (—153 °С).

Цитируется по книге Орд-Хьюма [2.5]. Опубликовано в «Канзас-Сити ревью» (т. 5, 1882, с. 86-89).

Фреонами (хладонами) называют группу веществ — галоидопроизводных предельных углеводородов, которые используются как рабочие тела холодильных и теплонасосных установок.

Здесь изобретатель стал очередной жертвой неверного представления о том, что тепловой насос «извлекает полезную энергию из окружающей среды и имеет КПД больше единицы» (см. §4.4).

Здесь и в дальнейшем автор цитирует «положения классической термодинамики» либо не совсем точно, либо по источникам, в которых они изложены не наилучшим образом. Поэтому в соответствующих местах мы будем вспоминать их сами: это не противоречит правилам ведения дискуссии.

Адиабатные условия подразумевают полную тепловую изоляцию рабочего тела (в данном случае воздуха) от внешней среды. Теплота не может в этом случае ни подводиться через стенки цилиндра, ни отводиться из него.

Внутренняя энергия газа не изменилась, так как она не зависит от удельного объема и определяется только температурой.

Переохлаждение — это совсем другое: охлаждение вещества ниже температуры перехода в другое агрегатное состояние. Например, вода, охлажденная до —10°С, но не превратившаяся в лед, называется «переохлажденной».

Рисунок 8 из книги М.А. Мамонтова воспроизведен на рис.5.8.

В данном случае работа, затраченная на получение «низкокалорийной» жидкости, и связанная с ней отдача теплоты в окружающую среду как раз и есть та компенсация, о которой говорил М. Планк.

Величину (Т — ТО.С.)/Т (фактор Карно) иногда называют термическим КПД цикла Карно. По существу это максимальный коэффициент преобразования теплоты в работу при заданных температурах Т и ТО.С.

О двигателе Стирлинга и его истории можно прочесть в [1.29, 1.30].

По имени Дж. Стокса (1819-1903) — известного английского физика и математика, обнаружившего это явление.

Цитата из его труда, в котором он громил термодинамику [3.5] приведена на стр. 168.

Если, разумеется, пренебречь несущественными различиями, не имеющими практического значения.

Это означает, что мощность этого двигателя была намного больше той, которая требовалась для действия часов.

Почему эту игрушку назвали именем старика Хоттабыча — героя известной книги Н. Лагина — можно только догадываться. Скорее всего потому, что Хоттабыч мог творить всякие чудеса. Мы уже видели, что его имя даже связали с ppm-2 («структура Хоттабыча»).

В труде проф. М.А.Мамонтова [3.18], который мы уже разбирали в этой главе, есть несколько слов и об «утке Хоттабыча». Вот что в ней написано: «Факт регулярного действия системы Хоттабыча при отсутствии каких-либо других источников энергии, кроме тепла атмосферы, означает, что структура Хоттабыча обладает по сравнению с ординарной закрытой структурой особым свойством, позволяющим получать работу за счет природного тепла». Комментарии здесь, по-видимому, не нужны.

Читателям, которые заинтересуются «демоном Максвелла», можно, рекомендовать познакомиться с ним по литературе, например [1.22].

Они рассмотрены в соответствующей литературе, например в [1.20].

Интересно сопоставить его с «соляным двигателем», показанным на рис. 1.27, б.

Особый акцент на истощение именно энергетических ресурсов, а не ресурсов вообще имеет свои причины. Дело в том, что истощение ресурсов материалов (металлов, пресной воды, сырья для химической промышленности и т. д.) всегда может быть так или иначе компенсировано, если в распоряжении общества есть достаточные энергетические (точнее, эксергетические) ресурсы. Тогда можно разрабатывать бедные или глубоко лежащие руды, опреснять морскую воду, синтезировать нужные продукты и т. д. Но истощение эксергетических ресурсов не может быть скомпенсировано ничем.

«Эниновцы» — в данном случае не сотрудники известного Энергетического института им. Г.М. Кржижановского (ЭНИН), а так называемого «Общественного института энергетической инверсии», члены которого работают с 1967 г. под руководством проф. В.К. Ощепкова над устройствами, которые должны опровергнуть второй закон термодинамики (Г. Лихошерстных называет их членами «таинственного вдохновенного братства»).

Интересно отметить разнобой по отношению к основателю термодинамики — С. Карно у разных опровергателей этой науки. Заев все же делает реверанс в его сторону. Но другой — А.А. Вичутинский — пишет о «несостоятельности» цикла Карно, утверждая: «Цикл Карно — это ошибочная модель».

Кроме эксергии солнечного излучения (которая может быть использована как непосредственно, так и через энергию воды, ветра, биомассы и т. д.) к возобновляемым ресурсам относится эксергия морских приливов и геотермальная. Обе они не связаны с солнечным излучением.

Определяемого воздействием человеческой деятельности.

Другое дело — разумное сокращение потребления сырья и энергии на основе рационализации их использования. Анализ показывает, что без какого-либо сокращения благ цивилизации можно снизить расход энергии в нашей стране на производственные и бытовые нужды минимум в 2-2,5 раза. Это, конечно, не снимет экологических проблем в целом — они остаются, но существенно облегчит их решение.

Даже термоядерные электростанции будущего будут давать мощное тепловое загрязнение, хотя выделение CO_>2 у них исключено.

Концентрации в прямом смысле этого слова, а не в том, который в него вкладывают изобретатели ppm-2 (с. 117).