Während sich die Wissenschaft entwickelt, decken ihre Gesetze immer größere Bereiche ab, werden verfeinert, nähern sich den Naturgesetzen und werden ihnen angemessen. In einer verallgemeinerten Form wurde die Art der Verbindung zwischen den Naturgesetzen und den Gesetzen der Wissenschaft von A. Einstein klar zum Ausdruck gebracht: "Unsere Vorstellungen von der physischen Realität können niemals endgültig sein, und wir müssen immer bereit sein, diese Vorstellungen zu ändern." P. L. Kapitsa, der Paradoxe liebte, sagte sogar Folgendes: "Es sind nicht die Gesetze selbst, die interessant sind, sondern die Abweichungen von ihnen."
Die Erfinder von Perpetuum Mobile liegen jedoch falsch und rechnen mit einer völlig möglichen Änderung der Gesetze der Wissenschaft, die den Betrieb von Perpetuum Motion-Maschinen noch nicht zulassen. Tatsache ist, dass die Gesetze der Wissenschaft (insbesondere der Physik) nicht aufgehoben, sondern ergänzt und weiterentwickelt werden.
N. Bohr formulierte eine allgemeine Position (1923), die diese Regelmäßigkeit in der Entwicklung der Wissenschaft widerspiegelte: das Korrespondenzprinzip, das besagt, dass jedes allgemeinere Gesetz das alte Gesetz als Sonderfall einschließt; es (alt) wird aus dem neuen erhalten, wenn es auf andere Werte der Mengen übergeht, die es definieren.
Die Genehmigung des Energieerhaltungsgesetzes - des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik - machte Versuche, eine Perpetual-Motion-Maschine der ersten Art zu schaffen, absolut hoffnungslos. Und obwohl sie noch im Gange waren, änderte sich die Hauptgedanke der Schöpfer von Perpetuum Mobile. Neue Varianten von Perpetual-Motion-Maschinen werden bereits in voller Übereinstimmung mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik geboren: Wie viel Energie in einen solchen Motor eintritt, geht genau die gleiche Menge aus.
Wie Sie wissen, kann das Energieerhaltungsgesetz in der folgenden etwas modifizierten Form formuliert werden: Für alle Prozesse der Energieumwandlung muss die Summe aller an diesem Prozess beteiligten Energiearten unverändert bleiben. Eine solche Formulierung lässt zwar nicht die Möglichkeit, Energie aus dem Nichts zu erzeugen, lässt jedoch einen anderen Weg offen, eine Perpetual-Motion-Maschine zu realisieren, deren Prinzip auf der idealen Umwandlung einer Energieform in eine andere beruhen würde.
Es war bekannt, dass Arbeiten in Motoren ausgeführt werden, wenn ein heißer Körper Wärme an ein Gas oder einen Dampf abgibt und Dampf beispielsweise beim Bewegen eines Kolbens funktioniert. Es stellte sich jedoch heraus, dass es keine Möglichkeit gab, die Energie eines kälteren Körpers in einen heißeren zu verwandeln. Um jedoch eine Perpetual-Motion-Maschine zu erstellen, muss gleichzeitig gearbeitet werden.
Als Ergebnis der Entwicklung der Thermodynamik, basierend auf den Arbeiten von Sadi Carnot, zeigte Rudolph Clausius, dass ein Prozess unmöglich ist, bei dem Wärme spontan von kälteren Körpern zu wärmeren Körpern übertragen wird. In diesem Fall ist nicht nur ein direkter Übergang unmöglich - es ist auch unmöglich, ihn mit Hilfe von Maschinen oder Geräten durchzuführen, ohne dass andere Änderungen in der Natur auftreten.
William Thomson (Lord Kelvin) formulierte das Prinzip der Unmöglichkeit einer Perpetual-Motion-Maschine der zweiten Art (1851), da Prozesse von Natur aus unmöglich sind, deren einzige Folge mechanische Arbeit durch Kühlung eines Wärmespeichers wäre.
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Untersuchung des Problems eines neuen Typs von Perpetuum Mobile zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Der berühmte deutsche Physiker und Chemiker Wilhelm Ostwald studierte. Er nannte die ideale Maschine, die zyklisch und verlustfrei Energie von einer Form in eine andere umwandeln kann, eine Perpetual-Motion-Maschine der zweiten Art. Wie Sie sehen, bleibt das Problem der ewigen Bewegung auch nach der Ablehnung der Möglichkeit, eine Perpetual-Motion-Maschine der ersten Art zu schaffen, offen. Perpetual-Motion-Maschinen der ersten und zweiten Art unterscheiden sich jedoch bereits erheblich voneinander. Wenn die von Wissenschaftlern als nicht durchführbar erklärte Funktion der Perpetual-Motion-Maschine der ersten Art in der kontinuierlichen Ausführung nützlicher Arbeiten bestand, ohne die Energiereserven aus externen Quellen aufzufüllen, war von der Perpetual-Motion-Maschine der zweiten Art nur die Fähigkeit erforderlich, Energie ideal umzuwandeln.
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist Wärme gleichbedeutend mit mechanischer Energie. Ohne Widerspruch zum ersten Prinzip ist es daher durchaus möglich, eine Maschine zu bauen, die einem Körper Wärme entzieht, der die Temperatur der Umgebungsluft hat, oder beispielsweise Wärme aus Wasser aus großen Reservoirs entnimmt und aufgrund dessen diese mechanische Arbeit. Wenn wir die jetzt empfangene mechanische Energie wieder in Wärme umwandeln, entsteht ein geschlossener Kreislauf der Energieumwandlung, der auf dem Prinzip einer Perpetual-Motion-Maschine der zweiten Art basiert.
Solche Phänomene sind jedoch im Alltag nie anzutreffen. In einem warmen Raum erwärmt sich eine Flasche Milch aus dem Kühlschrank und ein Glas heißer Tee kühlt ab. Außerdem senkt eine kalte Flüssigkeit beim Erhitzen die Lufttemperatur in einem Raum unmerklich, während eine heiße sie erhöht. Gleichzeitig kommt es nie vor, dass sich ein kalter Körper von selbst abkühlt oder sich ein heißer erwärmt. Für eine solche Kühlung werden spezielle Kühleinheiten verwendet, die jedoch eine konstante Energieversorgung aus externen Quellen benötigen. Gleichzeitig widerspricht die spontane Abkühlung einer Kälte oder die Erwärmung eines heißen Körpers keineswegs dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Daher ist es offensichtlich, dass der Wortlaut dieses Gesetzes irgendwie klargestellt und ergänzt werden sollte.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik beseitigt die Unvollständigkeit des Energieerhaltungsgesetzes, das nicht zwischen reversiblen und irreversiblen Prozessen unterschied und damit eine illusorische Hoffnung für diejenigen hinterließ, die es nicht ertragen wollten, ein Perpetuum Mobile zu schaffen. Dieses physikalische Prinzip schränkt die Richtung von Prozessen ein, die in thermodynamischen Systemen auftreten können. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik verbietet die sogenannten Perpetual-Motion-Maschinen der zweiten Art und zeigt, dass der Wirkungsgrad nicht gleich Eins sein kann, da für einen Kreisprozess die Temperatur des Kühlschranks nicht gleich dem absoluten Nullpunkt sein kann (es ist unmöglich, einen geschlossenen Kreislauf aufzubauen, der durch einen Punkt mit Nulltemperatur verläuft).
Es gibt mehrere äquivalente Formulierungen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik:
Clausius 'Postulat: „Ein kreisförmiger Prozess ist unmöglich, dessen einziges Ergebnis die Übertragung von Wärme von einem weniger erhitzten auf einen stärker erhitzten Körper ist“(dieser Prozess wird als Clausius-Prozess bezeichnet).
Das Postulat von Thomson (Kelvin): „Ein kreisförmiger Prozess ist unmöglich, dessen einziges Ergebnis die Produktion von Arbeit durch Kühlen des Wärmespeichers wäre“(dieser Prozess wird als Thomson-Prozess bezeichnet).
Eine andere Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik basiert auf dem Konzept der Entropie:
"Die Entropie eines isolierten Systems kann nicht abnehmen" (das Gesetz der nicht abnehmenden Entropie). In einem Zustand mit maximaler Entropie sind makroskopische irreversible Prozesse (und der Prozess der Wärmeübertragung ist aufgrund des Clausius-Postulats immer irreversibel) unmöglich.
Bei der Erstellung der statistischen Thermodynamik, die auf molekularen Konzepten basierte, stellte sich heraus, dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik statistischen Charakter hat: Er gilt für das wahrscheinlichste Verhalten des Systems. Das Vorhandensein von Schwankungen verhindert dessen genaue Umsetzung, aber die Wahrscheinlichkeit eines signifikanten Verstoßes ist äußerst gering. Das heißt, die Übertragung von Wärme von einem kalten auf einen heißeren Körper ist möglich, dies ist jedoch ein äußerst unwahrscheinliches Ereignis. Und in der Natur finden die wahrscheinlichsten Ereignisse statt.
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