Mòvil perpetu
El mòvil perpetu (en llatí: perpetuum mobile) és una màquina hipotètica que seria capaç de continuar funcionant eternament, despuix d'un impuls inicial, sense necessitat d'energia externa adicional. Es basa en l'idea de la conservació de l'energia. La seua existència violaria teòricament el segon principi de la termodinàmica, per lo que es considera un objecte impossible. El fet d'impulsar un mòvil sense energia externa és impossible, degut a que l'energia es dissipa de vàries formes, principalment en forma de calor, que és lo que produiria la màquina en estar en moviment.
Ya que els principis de la termodinàmica són alguns dels més comprovats i estables a lo llarc de sigles de la física, les propostes de moviment perpetu séries són sempre desdenyades. En freqüència, este tipo de màquines són utilisades pels físics com una forma de posar a prova els seus coneiximents, demostrant, sense utilisar la termodinàmica, que no pot funcionar. Ademés, és freqüent l'aparició de «paradoxes», en imaginar-se experiments mentals que semblen mostrar mòvils perpetus; invariablement es tracta d'errors de comprensió de les lleis de la física, per lo que resulten molt instructivas.
Este tipo d'idees són adoptades principalment per círculs religiosos, ocultistes o pseudocientíficos, creents de fonts d'energia inagotable.
Classificació
[editar | editar còdic]Es dividixen en dos categories, segons el principi de termodinàmica que violen:
- Mòvil perpetu de primera espècie, tota màquina que funciona perpètuament i produïx treball, sense cap entrada externa d'energia, i subjecta a cap pèrdua, passant el temps la màquina seguirà funcionant sense detindre's.[1]
- Mòvil perpetu de segona espècie, tota màquina que funciona periòdicament, la qual transforma el total de l'energia, en un atre tipo (mecànica, elèctrica, etc.), sense pèrdua alguna en el procés.[1]
Principis bàsics
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Termodinàmica.
Existix un consens científic que el moviment perpetu en un sistema aïllat viola la primera llei de la termodinàmica, la segona llei de la termodinàmica, o abdós. La primera llei de la termodinàmica és una versió de la llei de conservació de l'energia. La segona llei pot enunciar-se de vàries maneres, la més intuïtiva de les quals és que el calor fluïx espontàneament dels llocs més calents als més frets; lo rellevant ací és que la llei observa que en tot procés macroscòpic existix fricció o alguna cosa semblat; una atra afirmació és que cap màquina de calor (un motor que produïx treball mentres mou calor d'una temperatura alta a una baixa) pot ser més eficient que una màquina de calor de Carnot que funcione entre les mateixes dos temperatures.
En atres paraules:
- En qualsevol sistema aïllat, no es pot crear nova energia (llei de conservació de l'energia). En conseqüència, el rendiment tèrmic-la potència de treball produïda dividida per la potència calorífica d'entrada-no pot ser major que un.
- La potència de treball d'eixida de les màquines tèrmiques és sempre inferior a la potència calorífica d'entrada. El restant de l'energia tèrmica suministrada es pert en forma de calor en l'entorn. Per lo tant, el rendiment tèrmic té un màxim, donat pel rendiment de Carnot, que sempre és inferior a un.
- El rendiment dels motors tèrmics reals és inclús inferior al rendiment de Carnot per l'irreversibilitat derivada de la velocitat dels processos, inclosa la fricció.
Les afirmacions 2 i 3 s'apliquen als motors tèrmics. Atres tipos de motors que convertixen, per eixemple, energia mecànica en electromagnètica, no poden funcionar en una eficiència del 100%, perque és impossible dissenyar cap sistema que estiga lliure de malbarat d'energia.
Les màquines que complixen abdós lleis de la termodinàmica accedint a l'energia de fonts no convencionals es denominen a voltes màquines de moviment perpetu, encara que no complixen els criteris estàndar per a rebre este nom. A modo d'eixemple, s'han dissenyat rellonges i atres màquines de baixa potència, com el rellonge de Cox, per a funcionar en les diferències de pressió baromètrica o temperatura entre la nit i el dia. Estes màquines tenen una font d'energia, encara que no siga evident, per lo que només semblen violar les lleis de la termodinàmica.
Inclús les màquines que extrauen energia de fonts de llarga vida -com les corrents marines- s'agotaran quan ho facen inevitablement les seues fonts d'energia. No són màquines de moviment perpetu perque consumixen energia d'una font externa i no són sistemes aïllats.
Classificació
[editar | editar còdic]Una classificació de les màquines de moviment perpetu es referix a la llei particular de la termodinàmica que les màquines pretenen violar:[2]
- Una màquina de moviment perpetu de primer tipo produïx treball sense aporte d'energia. Per lo tant, viola la primera llei de la termodinàmica: la llei de conservació de l'energia.
- Una màquina de moviment perpetu de segon tipo és una màquina que convertix espontàneament energia tèrmica en treball mecànic. Quan l'energia tèrmica és equivalent al treball realisat, açò no viola la llei de conservació de l'energia. No obstant, sí viola la més sotil segona llei de la termodinàmica en un procés cíclico (vore també entropía). La firma d'una màquina de moviment perpetu del segon tipo és que només hi ha un depòsit de calor implicada, que es gela espontàneament sense implicar una transferència de calor a un depòsit més fret. Esta conversió de calor en treball útil, sense cap efecte secundari, és impossible, segons la segona llei de la termodinàmica.
- Una màquina de moviment perpetu del tercer tipo sol ser (pero no sempre)[3] definit com aquell que elimina per complet la fricció i atres forces disipativas, per a mantindre el moviment per a sempre per l'inèrcia de la seua massa (Tercera en este cas es referix únicament a la posició en l'esquema de classificació anterior, no a la tercera llei de la termodinàmica). És impossible fabricar una màquina aixina,[4][5] ya que el malbarat mai pot eliminar-se per complet en un sistema mecànic, per molt que un sistema s'acoste a este ideal (vegen-se eixemples en la secció Baixa fricció).
Impossibilitat
[editar | editar còdic]
La "impossibilitat epistémica" descriu coses que absolutament no poden ocórrer dins de la nostra formulació actual de les lleis físiques. Esta interpretació de la paraula "impossible" és lo que es pretén en els debats sobre l'impossibilitat del moviment perpetu en un sistema tancat.[6]
Les lleis de conservació són especialment sòlides des del punt de vista matemàtic. El Teorema de Noether, que va ser provat matemàticament en 1915, afirma que qualsevol llei de conservació pot derivar-se d'una simetria contínua corresponent de l'acció d'un sistema físic. La simetria que equival a la conservació de l'energia és l'invariancia temporal de les lleis físiques. Per lo tant, si les lleis de la física no canvien en el temps, llavors se seguix la conservació de l'energia. Per a que la conservació de l'energia siga violada per a permetre el moviment perpetu requeriria que els fonaments de la física canviaren.
Les investigacions científiques sobre si les lleis de la física són invariables a lo llarc del temps utilisen telescopis per a examinar l'univers en el passat lluntà i descobrir, fins als llímits de les nostres medicions, si les estreles antigues eren idèntiques a les estreles actuals. Combinant diferents medicions com l'espectroscòpia, la medició directa de la velocitat de la llum en el passat i medicions similars es demostra que la física ha permaneixcut substancialment igual, si no idèntica, durant tot el temps observable que comprén mils de millons d'anys.[7]
Els principis de la termodinàmica estan tan ben assentats, tant teòrica com experimentalment, que les propostes de màquines de moviment perpetu susciten l'incredulitat general dels físics. Qualsevol proposta de disseny de moviment perpetu oferix un repte potencialment instructivo als físics: un està segur de que no pot funcionar, per lo que deu explicar cóm no funciona. La dificultat (i el valor) d'este eixercici depén de la subtilea de la proposta; les millors solen sorgir dels propis experiments mentals dels físics i a sovint tiren llum sobre certs aspectes de la física. Aixina, per eixemple, l'experiment mental d'un trinquet browniano com a màquina de moviment perpetu va ser discutit per primera volta per Gabriel Lippmann en 1900, pero no va ser fins a 1912 quan Marian Smoluchowski va donar una explicació adequada de per qué no pot funcionar. No obstant, durant eixe periodo de dotze anys els científics no creïen que la màquina fora possible. Simplement desconeixien el mecanisme exacte pel que inevitablement fallaria.
A mitan de el XIX, Henry Dircks va investigar l'història dels experiments de moviment perpetu i va escriure un atac vitriólico contra els qui seguien intentant lo que ell creïa impossible:
Tècniques
[editar | editar còdic]Algunes idees comunes es repetixen una i una atra volta en els dissenys de les màquines de moviment perpetu. Moltes idees que seguixen apareixent hui en dia varen ser expostes ya en 1670 per John Wilkins, Bisbe de Chester i funcionari de la Royal Society. Va esbossar tres fonts potencials d'energia per a una màquina de moviment perpetu, "Plantilla:Sic Extracció", "Virtuts magnètiques" i "l'afecció natural de la gravetat".
L'aparentment misteriosa capacitat dels imans per a influir en el moviment a distància sense cap font d'energia aparent ha atret als inventors durant molt temps. Un dels primers eixemples de motor magnètic va ser propost per Wilkins i ha segut àmpliament copiat des de llavors: consistix en una rampa en un iman en la part superior, que tirava d'una bola de metal cap a dalt per la rampa. Prop de l'iman hi havia un chicotet orifici que devia permetre que la bola caiguera per baix de la rampa i tornara a la part inferior, a on una aleta li permetia retornar de nou a la part superior. No obstant, si l'iman deu ser lo suficientment fort com per a arrastrar la bola per la rampa, no pot ser lo suficientment dèbil com per a permetre que la gravetat l'arrastre a través del forat. Davant este problema, les versions més modernes solen utilisar una série de rampes i imans, colocats de manera que la bola vaja passant d'un iman a un atre a mida que es desplaça. El problema seguix sent el mateix.
La gravetat també actua a distància, sense una font d'energia aparent, pero per a obtindre energia d'un camp gravitatorio (per eixemple, deixant caure un objecte pesat, produint energia cinètica en caure) cal posar energia (per eixemple, alçant l'objecte), i sempre es dissipa una miqueta d'energia en el procés. Una aplicació típica de la gravetat en una màquina de moviment perpetu és la roda de Bhaskara en el XII, l'idea clau de la qual és en sí mateixa un tema recurrent, a sovint cridat la roda sobreequilibrada: pesos mòvils estan units a una roda de tal manera que cauen a una posició més alluntada del centre de la roda per a una mitat de la rotació de la roda, i més prop del centre per a l'atra mitat. Com els pesos més alluntats del centre apliquen un parell major, es va pensar que la roda giraria eternament. No obstant, com el costat en pesos més alluntats del centre té menys pesos que l'atre costat, en eixe moment, el parell s'equilibra i no es conseguix el moviment perpetu.[9] Els pesos mòvils poden ser martells sobre braços pivotantes, o boles rodantes, o mercuri en tubos; el principi és el mateix.
Una atra màquina teòrica implica un entorn sense fricció per al moviment. Es tracta d'utilisar la levitación diamagnética o levitación electromagnètica per a fer surar un objecte. Açò es fa en un buit per a eliminar la fricció de l'aire i la fricció d'un eix. L'objecte levitado queda llavors lliure per a girar al voltant del seu centre de gravetat sense interferències. No obstant, esta màquina no té cap propòsit pràctic perque l'objecte girat no pot realisar cap treball, ya que el treball requerix que l'objecte levitado provoque moviment en atres objectes, lo que introduïx la fricció en el problema. Ademés, un buit perfecte és un objectiu inalcançable, ya que tant el recipient com el propi objecte es vaporizarían llentament, degradant aixina el buit.
Per a extraure treball de la calor, produint aixina una màquina de moviment perpetu del segon tipo, l'enfocament més comú (que es remonta a lo manco al dimoni de Maxwell) és la unidireccionalidad. Només les molècules que es mouen lo suficientment ràpit i en la direcció correcta poden travessar la trampilla del dimoni. En un trinquet browniano, les forces que tendixen a girar el trinquet en un sentit poden fer-ho mentres que les forces en l'atre sentit no. Un diodo en un bany de calor permet el pas de corrents en una direcció i no en l'atra. Estos esquemes solen fallar de dos maneres: o be mantindre la unidireccionalidad costa energia (lo que requerix que el dimoni de Maxwell realise més treball termodinàmic per a medir la velocitat de les molècules que la cantitat d'energia guanyada per la diferència de temperatura causada) o be la unidireccionalidad és una ilusió i les grans violacions ocasionals compensen les chicotetes no violacions freqüents (el trinquet browniano estarà subjecte a forces brownianas internes i, per lo tant, a voltes girarà en la direcció equivocada).
La flotabilitat és un atre fenomen freqüentment malinterpretado. Algunes propostes de màquines de moviment perpetu passen per alt el fet de que espentar un volum d'aire cap a avall en un decorregut requerix el mateix treball que elevar un volum corresponent de decorregut contra la gravetat. Este tipo de màquines poden constar de dos cambres en pistones i un mecanisme per a expulsar l'aire de la cambra superior a l'inferior, que sura cap a dalt. El mecanisme de compressió en estos dissenys no seria capaç de realisar suficient treball per a moure l'aire cap a avall, o no deixaria cap excés de treball disponible per a ser extret.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Tsaousis, D. (2008). Perpetual Motion Machine. Journal of Engineering Science and Technology Review, 1, 53-57.
- ↑ Rao, Y. V. C.. Una introducció a la termodinàmica, Hyderabad, Índia: Universities Press (Índia) Private Ltd.. ISBN 978-81-7371-461-0.
- ↑ Una definició alternativa és donada, per eixemple, per Schadewald, qui definix una "màquina de moviment perpetu del tercer tipo" com una màquina que viola la tercera llei de la termodinàmica. Vore Schadewald, Robert J. (2008), Worlds of Their Own - A Brief History of Misguided Idees: Creationism, Flat-Earthism, Energy Scams, and the Velikovsky Affair, Xlibris, ISBN 978-1-4363-0435-1. pp55-56
- ↑ Wong, Kau-Vaig ser Vincent (2000). aneu=rEOMi-85v64C Termodinàmica per a ingeniers, CRC Press, p. 154. ISBN 978-0-84-930232-9.
- ↑ Ciències mecàniques: Engineering Thermodynamics and Fluïu Mechanics, Prentice-Hall Índia, p. 51. ISBN 978-8-12-032727-6.
- ↑ Barrow, John D. (1998). Impossibility: Els llímits de la ciència i la ciència dels llímits, Oxford University Press. ISBN 978-0-19-851890-7.
- ↑ "CE410: ¿Són constants les constants?", talkorigins
- ↑ Dircks, Henry (1861). Perpetuum Mobile: Or, A History of the Search for Self-motive, p. 354.
- ↑ “Autooscilación” (2013). Physics Reports 525 (2): 167-222. doi:. Bibcode: 2013PhR...525..167J.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Móvil perpetuo» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.