Een perpetuum mobile, of in het Latijn "perpetum mobile", is een hypothetische machine die voor altijd zou kunnen functioneren nadat hij een eerste impuls heeft gegeven en zonder dat er daarna energie aan moet worden geleverd.
De wetten van de thermodynamica
Om te begrijpen of een perpetum mobile mogelijk of onmogelijk is, moet men de eerste twee wetten van de thermodynamica onthouden:
- De eerste wet van de thermodynamica zegt: "Energie wordt niet gecreëerd of vernietigd, het kan alleen in verschillende toestanden en vormen overgaan." Dat wil zeggen, als er aan een bepaald systeem wordt gewerkt of als het warmte uitwisselt met de externe omgeving, dan verandert de interne energie ervan.
- De tweede wet van de thermodynamica. Volgens hem "neigt de entropie van het universum met de tijd toe te nemen." Deze wet geeft aan in welke richting het thermodynamische proces spontaan verloopt. Bovendien impliceert deze wet de onmogelijkheid van energieoverdracht van het ene type naar het andere zonder verlies.
Perpetual motion machine van de eerste en tweede soort
Perpetuum mobile, of in het Latijn perpetuum mobile, is er in twee soorten:
- Een perpetuum mobile van de eerste soort is een machine die constant werkt zonder de toevoer van externe energie en tegelijkertijd wat werk doet. Dat wil zeggen, de perpetum mobile van de eerste soort is in tegenspraak met de eerste wet van de thermodynamica, en daarom werd hij trouwens de motor van de eerste soort genoemd.
- Een perpetuum mobile van de tweede soort is een machine die werkt met periodieke cycli, waarbij het ene type energie wordt omgezet in een ander, bijvoorbeeld mechanisch in elektrisch en vice versa, zonder enig verlies in het proces van deze transformatie. Dat wil zeggen, een perpetuum mobile (perpetuum mobile) van de tweede soort is in tegenspraak met de tweede wet van de thermodynamica.
Onmogelijkheid van bestaan
Een perpetuum mobile van de eerste soort is in tegenspraak met de fundamentele wet van de fysica over het behoud van energie in een geïsoleerd systeem, en kan daarom niet bestaan. Wat betreft perpetuum mobile van de tweede soort, het is ook onmogelijk, aangezien in elke draaiende motor energie op verschillende manieren wordt verspreid, voornamelijk in de vorm van warmte.
Aangezien de wetten van de thermodynamica zijn geverifieerd door verschillende eeuwen van experimenten en experimenten en nooit hebben gefaald, kunnen we gerust stellen dat elk project van perpetuum mobile een hoax is. Dergelijke projecten ontstaan vaak in verschillende religieuze kringen, waarin men gelooft over eindeloze energiebronnen enzovoort.
Verder diverse mentale"paradoxen", die, zo lijkt het, de efficiëntie van bepaalde perpetuum mobiles aantonen. In al deze gevallen hebben we het over fouten in het begrijpen van de wetten van de fysica, dus zulke mentale "paradoxen" zijn leerzaam.
Historische zoektocht naar perpetuum mobile en hun belang voor de ontwikkeling van de mensheid
De wetten van de thermodynamica werden uiteindelijk vastgesteld in de tweede helft van de 19e eeuw. Volgens hen kan een draaiende machine geen energie van de ene toestand naar de andere overbrengen met een efficiëntie van 100%, om nog maar te zwijgen van de constante toevoer van energie naar andere systemen zonder deze aan de machine zelf te leveren.
Desalniettemin zijn veel mensen in de loop van de geschiedenis en tot op de dag van vandaag op zoek en blijven zoeken naar verschillende ontwerpen van werkende perpetuum mobile, die vergeleken kan worden met een soort "elixer van de jeugd" in het gebied van mechanica.
Alle ontwerpen van dergelijke machines zijn gebaseerd op het gebruik van verschillende gewichten, hoeken, fysieke of mechanische eigenschappen van specifieke stoffen die constant kunnen bewegen en zelfs een overmatige hoeveelheid bruikbare energie kunnen creëren. Sprekend over de moderne tijd en zijn enorme energiebehoeften, kan men het belang begrijpen van de perpetum mobile, die een echte revolutie zou worden in de ontwikkeling van de mensheid.
Teruggaand in de geschiedenis begonnen de eerste bekende ontwerpen van perpetuum mobile te verschijnen in middeleeuws Europa. Er wordt aangenomen dat de overeenkomstige uitvinding in Beieren in de 8e eeuw het eerste model van een perpetuum mobile werd.eeuw na Christus.
Beroemde ontwerpen van perpetuum mobile in de middeleeuwen
Helaas is er niets bekend over het bestaan van perpetum mobile projecten in samenlevingen van voor de middeleeuwen. Er is geen informatie bewaard gebleven dat de oude Grieken of Romeinen dergelijke machines bouwden.
De oudste uitvinding van de perpetuum mobile die de mensheid kent, is het magische wiel. Hoewel er geen foto's van deze uitvinding bewaard zijn gebleven, zeggen historische geschreven bronnen dat deze dateert uit de tijd van het bestaan van het Merovingische rijk op het grondgebied van het moderne Beieren in de 8e eeuw. Sommige historici zeggen echter dat deze machine niet echt bestond en dat alle informatie erover een legende is.
Bhaskara was een beroemde Indiase wiskundige die wordt erkend als de meest invloedrijke wetenschapper van de Middeleeuwen op zijn continent. Zijn werk aan differentiaalvergelijkingen dateert 5 eeuwen vóór soortgelijk werk van Newton en Leibniz. Rond 1150 vond Bhaskara een wiel uit dat voor altijd zou blijven draaien. Helaas is deze uitvinding nooit gebouwd, maar het is het eerste onbetwistbare bewijs van pogingen om eeuwigdurende beweging te creëren.
De eerste uitvinding van een perpetuum mobile in Europa is de auto van de beroemde Franse vrijmetselaar en architect van de XIII-eeuwse Villard de Honnecourt. Het is niet zeker of zijn uitvinding is geconstrueerd, maar in de dagboeken van Villard de Honnecourt vinden ze een afbeelding van zijn perpetuum mobile.
Legendarisch ingenieur en uitvinder uit Florence, Leonardo da Vinci creëerde ook verschillende machines - perpetuum mobile, en in dit opzicht was hij zijn tijd enkele eeuwen vooruit. Deze machines bleken natuurlijk onbruikbaar en de wetenschapper concludeerde dat perpetuum mobile niet kan bestaan in de natuurkunde.
Perpetual motion machines van de New Age
Met de komst van de moderne tijd werd de uitvinding van de perpetuum mobile een populair tijdverdrijf, en veel uitvinders besteedden hun tijd aan het maken van zo'n machine. Deze hausse is voornamelijk te danken aan het succes in de ontwikkeling van mechanica.
Zo ontwierp de 16e-eeuwse Italiaanse uitvinder Mark Zimara een altijd werkende molen en droeg de Nederlander Cornelius Drebbel een van deze uitvindingen op aan de Engelse koning. In 1712 analyseerde ingenieur Johann Bessler meer dan 300 van dergelijke uitvindingen en besloot hij zijn eigen perpetum mobile te maken.
Als gevolg hiervan vaardigden leden van de Koninklijke Academie van Wetenschappen in Parijs in 1775 een decreet uit dat ze geen uitvindingen zouden accepteren die verband houden met het onderwerp van een perpetuum mobile.
Gedachte-experimenten
In de theoretische natuurkunde worden gedachte-experimenten vaak gebruikt om fundamentele natuurwetten te testen. Met betrekking tot het onderwerp perpetuum mobile kunnen de volgende projecten worden genoemd:
Maxwell's Demon. We hebben het over een schending van de tweede wet van de thermodynamica, wanneer een hypothetische demon een mengsel van gassen scheidt. Dit gedachte-experiment maakt het mogelijkbegrijp de essentie van de entropie van het systeem
Richard Feynman's perpetuum mobile die werkt door thermische fluctuaties en daarom eeuwig kan draaien. In feite werkt het zolang de omgeving een hogere temperatuur heeft dan de motor zelf
Is de hoop om een perpetuum mobile te maken eindelijk dood?
We kunnen niet met zekerheid zeggen dat een mechanisme dat voor altijd kan werken nooit zal worden uitgevonden, aangezien de mensheid nog steeds niet veel weet over het universum waarin ze leeft. Misschien wordt er een soort exotische materie ontdekt, zoals zwarte materie in de ruimte, waarover bijna niets bekend is. Het gedrag van deze materie kan ons dwingen de wetten van de thermodynamica te heroverwegen. Deze wetten zijn zo fundamenteel dat elke verandering in hun reikwijdte vergelijkbaar zal zijn met de invloed van de theorie van Albert Einstein op de wetten van de klassieke mechanica van Isaac Newton en op de ontwikkeling van de natuurkunde in het algemeen. Het is ook mogelijk dat er eeuwigdurende beweging bestaat in objecten waarvan het gedrag wordt bepaald door de kwantummechanica.
