С развитието на науката нейните закони обхващат все по-широки области, усъвършенстват се, приближават се до природните закони и стават адекватни на тях. В обобщена форма естеството на връзката между природните закони и законите на науката беше ясно изразено от А. Айнщайн: „Нашите идеи за физическата реалност никога не могат да бъдат окончателни и ние винаги трябва да сме готови да променим тези идеи“. P. L. Капица, която обичаше парадоксите, дори каза това: „Не самите закони са интересни, а отклоненията от тях“.
Но изобретателите на perpetuum mobile грешат, разчитайки на напълно възможна промяна в законите на науката, които все още не позволяват работата на вечните машини за движение. Факт е, че законите на науката (по-специално физиката) не се отменят, а се допълват и развиват.
Н. Бор формулира обща позиция (1923), отразяваща тази закономерност в развитието на науката: принципът на кореспонденция, който казва, че всеки по-общ закон включва стария закон като специален случай; той (стар) се получава от новия при преминаване към други стойности на величините, които го определят.
Одобрението на закона за запазване на енергията - първият закон на термодинамиката - направи опити за създаване на вечен двигател от първи вид абсолютно безнадеждни. И въпреки че те все още продължаваха, основната посока на мисълта на създателите на perpetuum mobile се промени. Новите версии на вечните двигатели се раждат в пълно съгласие с първия закон на термодинамиката: колко енергия постъпва в такъв двигател, излиза точно същото количество.
Както знаете, законът за запазване на енергията може да бъде формулиран в следната донякъде модифицирана форма: за всички процеси на преобразуване на енергията сумата от всички видове енергия, участващи в този процес, трябва да остане непроменена. Подобна формулировка, въпреки че не позволява възможността за създаване на енергия от нищото, обаче оставя отворен друг начин за реализиране на вечен двигател, чийто принцип би се основавал на идеалната трансформация на една форма на енергия в друга.
Беше известно, че работата в двигателите се извършва, когато горещо тяло отделя топлина на газ или пара и парата работи, например, движейки бутало. Оказа се обаче, че няма как да се направи енергията от по-студено тяло към по-горещо. Но за да се създаде вечен двигател, е необходимо едновременно да се работи.
В резултат на развитието на термодинамиката, базирана на трудовете на Сади Карно, Рудолф Клаузиус показа, че е невъзможен процес, при който топлината би преминала спонтанно от по-студените тела към по-топлите тела. В този случай не е възможен само директен преход - невъзможно е и да се извърши с помощта на машини или устройства, без каквито и да било други промени, настъпващи в природата.
Уилям Томсън (лорд Келвин) формулира принципа на невъзможността за непрекъснат двигател от втория вид (1851 г.), тъй като в природата са невъзможни процеси, единствената последица от които ще бъде механична работа, извършена чрез охлаждане на топлинен резервоар.
Промоционално видео:
Изследване на въпроса за нов тип perpetuum mobile в началото на XX век. изучава известният немски физик и химик Вилхелм Оствалд. Той нарече идеалната машина, способна да циклично и без загуби, преобразувайки енергията от една форма в друга, той нарече вечен двигател от втория вид. Както можете да видите, дори след отхвърлянето на възможността за създаване на вечен двигател от първи вид, проблемът с вечното движение все още остава отворен. Въпреки това, вечните машини за движение от първи и втори вид вече се различават значително един от друг. Ако функцията на вечния двигател от първи вид, обявен от учените за нереализуема, се състои в непрекъснато извършване на полезна работа, без да се попълват енергийните запаси от външни източници, тогава от вечния двигател от втория вид се изискваше само способността за идеална трансформация на енергия.
Според първия закон на термодинамиката топлината е еквивалентна на механична енергия, следователно, без да противоречи на първия принцип, е напълно възможно да се изгради машина, която отнема топлина от тяло, което има температурата на околния въздух, или, например, взема топлина от вода от големи резервоари и изпълнява поради тази механична работа. Ако преобразуваме получената сега механична енергия обратно в топлина, тогава възниква затворен цикъл на преобразуване на енергия, основан на принципа на вечен двигател от втори вид.
Подобни явления обаче никога не се срещат в ежедневието. В топла стая извадената от хладилника бутилка мляко се загрява и чаша горещ чай се охлажда. Освен това студената течност, когато се нагрява, неусетно понижава температурата на въздуха в помещението, докато горещата я повишава. В същото време никога не се случва студено тяло да се охлади само или топло се затопли. За такова охлаждане се използват специални хладилни агрегати, които обаче се нуждаят от постоянно снабдяване с енергия от външни източници. В същото време спонтанното охлаждане на настинка или нагряването на горещо тяло изобщо не противоречи на първия закон на термодинамиката. Следователно очевидно е, че формулировката на този закон трябва да бъде някак изяснена и допълнена.
Вторият закон на термодинамиката елиминира непълнотата на закона за запазване на енергията, който не прави разлика между обратими и необратими процеси и по този начин оставя илюзорна надежда за тези, които не искат да се примирят с невъзможността за създаване на perpetuum mobile. Този физически принцип налага ограничение на посоката на процесите, които могат да възникнат в термодинамичните системи. Вторият закон на термодинамиката забранява т. Нар. Вечни машини от втория вид, показвайки, че ефективността не може да бъде равна на единица, тъй като за кръгов процес температурата на хладилника не може да бъде равна на абсолютна нула (невъзможно е да се изгради затворен цикъл, преминаващ през точка с нулева температура).
Има няколко еквивалентни формулировки на втория закон на термодинамиката:
Постулатът на Клавзий: „Невъзможен е кръгов процес, чийто единствен резултат е прехвърлянето на топлина от по-малко нагрято тяло към по-нагрято“(този процес се нарича процес на Клаузий).
Постулатът на Томсън (Келвин): „Невъзможен е кръгов процес, единственият резултат от който би бил производството на работа чрез охлаждане на топлинния резервоар“(този процес се нарича процес на Томсън).
Друга формулировка на втория закон на термодинамиката се основава на концепцията за ентропия:
„Ентропията на изолирана система не може да намалее“(законът за не намаляващата ентропия). В състояние с максимална ентропия макроскопичните необратими процеси (а процесът на пренос на топлина винаги е необратим поради постулата на Клаузий) са невъзможни.
Когато се създава статистическа термодинамика, която се основава на молекулярни концепции, се оказва, че вторият закон на термодинамиката има статистически характер: той е валиден за най-вероятното поведение на системата. Наличието на колебания възпрепятства точното им изпълнение, но вероятността за някакво значително нарушение е изключително малка. Тоест, преходът на топлина от студено тяло към по-горещо е възможен, но това е изключително малко вероятно събитие. А в природата се случват най-вероятните събития.
Прочетете също "Непрекъсната машина за движение от първи вид" и "Непрекъсната машина за движение от трети вид"