Naarmate de wetenschap zich ontwikkelt, bestrijken haar wetten steeds grotere gebieden, worden ze verfijnd, benaderen ze de natuurwetten en worden ze eraan aangepast. In een algemene vorm werd de aard van het verband tussen de natuurwetten en de wetten van de wetenschap duidelijk uitgedrukt door A. Einstein: "Onze ideeën over de fysieke werkelijkheid kunnen nooit definitief zijn, en we moeten altijd bereid zijn om deze ideeën te veranderen." P. L. Kapitsa, die van paradoxen hield, zei zelfs dit: "Het zijn niet de wetten zelf die interessant zijn, maar de afwijkingen ervan."
Maar de uitvinders van perpetuum mobile hebben het bij het verkeerde eind en rekenen op een volledig mogelijke verandering in de wetten van de wetenschap, die de werking van perpetuum mobile-machines nog niet toestaan. Feit is dat de wetten van de wetenschap (in het bijzonder fysica) niet worden opgeheven, maar aangevuld en ontwikkeld.
N. Bohr formuleerde een algemeen standpunt (1923) dat deze regelmaat in de ontwikkeling van de wetenschap weerspiegelt: het principe van correspondentie, dat zegt dat elke meer algemene wet de oude wet als een speciaal geval omvat; het (oud) wordt verkregen uit het nieuwe bij het doorgeven naar andere waarden van de hoeveelheden die het definiëren.
De goedkeuring van de wet van behoud van energie - de eerste wet van de thermodynamica - maakte pogingen om een eeuwigdurende bewegingsmachine van de eerste soort te creëren absoluut hopeloos. En hoewel ze nog steeds doorgingen, veranderde de hoofdgedachte van de makers van perpetuum mobile. Nieuwe varianten van perpetuum mobile-machines worden geboren die al volledig in overeenstemming zijn met de eerste wet van de thermodynamica: hoeveel energie komt er in zo'n motor, precies dezelfde hoeveelheid gaat eruit.
Zoals u weet, kan de wet van behoud van energie in de volgende enigszins gewijzigde vorm worden geformuleerd: voor alle processen van energieomzetting moet de som van alle soorten energie die aan dit proces deelnemen, ongewijzigd blijven. Een dergelijke formulering laat, hoewel ze niet de mogelijkheid biedt om energie uit het niets te creëren, een andere manier open om een eeuwigdurende bewegingsmachine te realiseren, waarvan het principe gebaseerd zou zijn op de ideale transformatie van de ene vorm van energie in de andere.
Het was bekend dat werk in motoren wordt gedaan wanneer een heet lichaam warmte afgeeft aan een gas of stoom en stoom werkt, bijvoorbeeld door een zuiger te bewegen. Het bleek echter dat er geen manier was om de energie van een kouder lichaam naar een warmer lichaam te laten gaan. Maar om een perpetuum mobile te maken, is het noodzakelijk dat er tegelijkertijd aan gewerkt wordt.
Als resultaat van de ontwikkeling van thermodynamica, gebaseerd op het werk van Sadi Carnot, toonde Rudolph Clausius aan dat een proces onmogelijk is waarbij warmte spontaan zou passeren van koudere lichamen naar warmere lichamen. Tegelijkertijd is niet alleen een directe overgang onmogelijk - het is ook onmogelijk om deze uit te voeren met behulp van machines of apparaten zonder dat er verdere veranderingen in de natuur plaatsvinden.
William Thomson (Lord Kelvin) formuleerde het principe van de onmogelijkheid van een perpetuum mobile van de tweede soort (1851), aangezien processen in de natuur onmogelijk zijn, met als enig gevolg mechanisch werk dat wordt uitgevoerd door het koelen van een warmtereservoir.
Promotie video:
Onderzoek naar de kwestie van een nieuw type perpetuum mobile aan het begin van de twintigste eeuw. de beroemde Duitse natuurkundige en chemicus Wilhelm Ostwald studeerde. Hij noemde de ideale machine, in staat om cyclisch en zonder verlies energie van de ene vorm in de andere om te zetten, hij noemde een eeuwigdurende bewegingsmachine van de tweede soort. Zoals te zien is, blijft het probleem van perpetuum mobile, zelfs na de verwerping van de mogelijkheid om een perpetuum mobile van de eerste soort te creëren, nog steeds open. Perpetuum mobile machines van de eerste en tweede soort verschillen echter al aanzienlijk van elkaar. Als de functie van de perpetuum mobile van de eerste soort, die door wetenschappers als onrealiseerbaar werd verklaard, bestond in het continu uitvoeren van nuttig werk zonder energiereserves aan te vullen uit externe bronnen, dan was van de perpetuum mobile van de tweede soort alleen het vermogen nodig om idealiter energie te transformeren.
Volgens de eerste wet van de thermodynamica is warmte gelijk aan mechanische energie, daarom is het, zonder het eerste principe tegen te spreken, heel goed mogelijk om een machine te bouwen die warmte opneemt van een lichaam dat de temperatuur heeft van de omringende lucht, of, bijvoorbeeld, warmte haalt uit water uit grote reservoirs en presteert dankzij dit mechanische werk. Als we de nu ontvangen mechanische energie weer omzetten in warmte, ontstaat er een gesloten cyclus van energieomzetting, gebaseerd op het principe van een perpetuum mobile van de tweede soort.
Dergelijke verschijnselen komen echter nooit voor in het dagelijks leven. In een warme kamer warmt een fles melk uit de koelkast op en koelt een glas hete thee af. Bovendien verlaagt een koude vloeistof bij verhitting onmerkbaar de luchttemperatuur in de kamer, en een hete verhoogt deze. Tegelijkertijd gebeurt het nooit dat een koud lichaam vanzelf afkoelt of een warm lichaam opwarmt. Voor dergelijke koeling worden speciale koeleenheden gebruikt, die echter een constante aanvoer van energie uit externe bronnen nodig hebben. Tegelijkertijd is spontane afkoeling van een kou of verwarming van een heet lichaam helemaal niet in tegenspraak met de eerste wet van de thermodynamica. Daarom is het duidelijk dat de formulering van deze wet op de een of andere manier moet worden verduidelijkt en aangevuld.
De tweede wet van de thermodynamica elimineert de onvolledigheid van de wet van behoud van energie, die geen onderscheid maakte tussen omkeerbare en onomkeerbare processen en daardoor een illusoire hoop achterliet voor degenen die de onmogelijkheid om een perpetuum mobile te creëren niet wilden verdragen. Dit fysische principe legt een beperking op aan de richting van processen die kunnen plaatsvinden in thermodynamische systemen. De tweede wet van de thermodynamica verbiedt de zogenaamde perpetuum mobile machines van de tweede soort, wat aantoont dat het rendement niet gelijk kan zijn aan één, aangezien voor een circulair proces de temperatuur van de koelkast niet gelijk kan zijn aan het absolute nulpunt (het is onmogelijk om een gesloten cyclus te bouwen die door een punt met een temperatuur nul gaat).
Er zijn verschillende gelijkwaardige formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica:
Clausius 'postulaat: “Een circulair proces is onmogelijk, het enige resultaat hiervan is de overdracht van warmte van een minder verwarmd lichaam naar een meer verwarmd lichaam” (dit proces wordt het Clausius-proces genoemd).
Thomson's (Kelvin's) postulaat: "Een circulair proces is onmogelijk, het enige resultaat hiervan is de productie van werk door het warmtereservoir te koelen" (dit proces wordt het Thomson-proces genoemd).
Een andere formulering van de tweede wet van de thermodynamica is gebaseerd op het concept van entropie:
"De entropie van een geïsoleerd systeem kan niet verminderen" (de wet van niet-afnemende entropie). In een toestand met maximale entropie zijn macroscopische onomkeerbare processen (en het warmteoverdrachtsproces is altijd onomkeerbaar vanwege het postulaat van Clausius) onmogelijk.
Bij het ontstaan van statistische thermodynamica, die was gebaseerd op moleculaire concepten, bleek dat de tweede wet van de thermodynamica een statistisch karakter heeft: ze geldt voor het meest waarschijnlijke gedrag van het systeem. Het bestaan van fluctuaties verhindert de nauwkeurige implementatie ervan, maar de kans op een significante overtreding is uiterst klein. Dat wil zeggen, de overdracht van warmte van een koud lichaam naar een warmer lichaam is mogelijk, maar dit is een uiterst onwaarschijnlijke gebeurtenis. En in de natuur vinden de meest waarschijnlijke gebeurtenissen plaats.
Lees ook "Perpetuum mobile machine van de eerste soort" en "Perpetual motion machine van de derde soort"
