Вечный двигатель

После Рамиса созданием аналогичных  часов занимался также Карл Стрейциг из Вероны. Отметим, что эти перпетуум  мобиле не были совершенно оригинальными -- как справедливо указывалось  в тогдашней литературе, оба они  основывались на идее весьма популярного  в то время физического прибора-электроскопа, известного со времен самых ранних опытов с электричеством.

Еще одна значительная часть  мнимых перпетуум мобиле получала необходимую  для своей работы энергию в  результате изменений барометрического давления. Одним из самых старых проектов подобного рода был барометрический  вечный двигатель англичанина Кокса, относящийся к 70-м годам XVIII в. Внешний вид этого перпетуум мобиле, подробно описанного в «Геттингенском вестнике ученых» за 1775 г. и вновь упомянутого в уже известной нам книге И. фон Поппе, представлен на рисунке 71. В то же время из его упрощенной схемы, показанной на чертеже 70, легко видеть, что принцип действия этого устройства основывался на известном опыте Торричелли с заполненной ртутью трубкой. Главной частью машины Кокса являлся большой сосуд, в который было налито 200 кг ртути; его подвешивали на цепях и с помощью системы блоков уравновешивали специальным грузом. В этот сосуд с ртутью погружалась длинная стеклянная трубка с запаянным верхним концом, которую изобретатель перед запаиванием также наполнял ртутью до самого верха. При падении барометрического давления уровень ртути в трубке понижался, и часть ее вытекала в сосуд, который, утяжеленный весом вытекшей ртути, начинал опускаться; далее это движение передавалось на заводное колесо пружины часового механизма. Если атмосферное давление повышалось, тогда, наоборот, некоторое количество ртути выталкивалось обратно в трубку и противовес возвращал сосуд в исходное положение. Небольшого изменения давления внешнего воздуха оказывалось достаточно для завода часовой пружины на восьмисуточный запас хода.

Этот барометрический  перпетуум мобиле привлек пристальное  внимание английского ученого Фергюсона, о котором мы уже говорили ранее. Так, еще в 1774 г. он писал об этом устройстве:

«Я осмотрел вышеописанные  часы, которые приводятся в непрерывное  движение подъемом и опусканием ртути  в своеобразно устроенном барометре. Нет основания полагать, что они  когда-нибудь остановятся, поскольку  накопляющаяся в них двигательная сила могла бы обеспечивать их ход  в течение целого года даже после  полного устранения барометра. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное знакомство с этими часами, по своей идее и исполнению они являются самым  замечательным механизмом, какой  мне когда-либо случалось видеть».

На рисунке 72 представлены другие часы, основанные на том же принципе, -- современные часы модели «Атмос», выпускаемые в Швейцарии. В отличие  от устройства Кокса они не имеют  ртутного манометра; его роль играет плоский цилиндрический барабан, наполненный  хлористым этилом -- веществом, которое  начинает испаряться уже при 12°С. В  барабане помещается составленный из круговых мембран металлический  мех, который растянут скрытой внутри его сильной стальной пружиной организация  мероприятий. Если температура воздуха  в помещении повышается, расширяющиеся  пары хлористого этила сдавливают мех. В случае понижения температуры  пружина возвращает мембранный мех  в исходное положение. При этом перемещение  меха, по мысли швейцарских конструкторов, с помощью специальной цепи передается непосредственно на вал заводного  механизма обычных пружинных  часов. Изменения температуры окружающего  воздуха на 1° C оказывается достаточным, чтобы обеспечить завод пружины на 28 часов хода часового механизма. Впрочем, если бы мы поместили эти часы в термостат со строго поддерживаемой постоянной температурой, то запаса энергии полностью заведенной пружины хватило бы для непрерывной работы этого хронометрического устройства в течение целых ста дней.

Аналогичная, хотя и несколько  менее совершенная, идея использовалась в так называемых автодинамических часах, сконструированных во второй половине прошлого столетия австрийским  инженером Лёсслем. Принцип работы его «вечного» приводного устройства заключался в следующем. Автор соединил два металлических меха, выполненные  в форме цилиндров, с толстостенным  резервуаром, вмещавшим 500 литров воздуха. При изменениях атмосферного давления эти меха растягивались или сжимались -- максимальное же изменение длины  мехов достигало 12 см. Этого изменения длины оказывалось достаточно, чтобы обеспечить завод пружины довольно крупных часов для непрерывного их хода в течение 80 дней.

В 1751 г. известный французский  часовщик Ле-Плат из Нанси построил оригинальные «вечные» часы, схематически изображенные на схеме 73. Для своего опыта он взял обычные маятниковые  часы и повесил их на стену со скрытым в ней воздушным каналом, сообщавшимся с комнатой через специальное  отверстие. Когда двери в комнату  открывались, более теплый, а потому и более легкий воздух из комнаты  начинал проходить через канал  в стене, выталкиваемый более  холодным и более тяжелым наружным воздухом. На пути протекающего в канале воздуха Ле-Плат установил небольшую  крыльчатку, приводившую во вращение передаточный механизм, который в  свою очередь обеспечивал поднятие свинцовой гири часов.

Завод пружин хронометрических устройств с помощью протекающего воздуха, как это описал в 1755 г. Ле-Плат в своем «Трактате о часовом  деле», являлся излюбленным приемом  того времени, привлекавшим внимание многих исследователей. Подобные часы, построенные  по принципу «сквозняка» (их, кстати, тоже часто принимали за перпетуум  мобиле), устанавливались во многих общественных местах, например, на Северном вокзале в Брюсселе.

К несколько иному способу  прибегнул в 1682 г. Иоганн Иоахим Бехер, с которым мы познакомились в  предыдущих разделах: для завода часового механизма он использовал дождевую воду, стекавшую по крыше его дома. Через год он построил еще один самодвижущийся механизм, непрерывно работавший за счет изменений температуры  окружающего воздуха. Об этом устройстве Бехер писал:

«...своим термоскопом (?) я  могу заводить небольшие маятниковые  часы, причем они будут идти так  долго, пока у них что-нибудь не сломается...».

Следующим физическим явлением, на которое обратили внимание изобретатели мнимых перпетуум мобиле, было явление  теплового расширения материалов. Один из наиболее старых анонимных проектов перпетуум мобиле, представленный на чертеже 74, знакомит нас с несколько  тяжеловесной схемой «вечных» часов  с непрерывным ходом. Главной  частью их заводного механизма являются два стержня T1 и T2, упирающиеся в зубья храповиков k1 и k2, прочно скрепленных с рабочим колесом k. Стержни изготовлены из особого сплава с большим коэффициентом теплового расширения. Работа этого устройства осуществляется следующим образом. Если температура воздуха повышается, стержень T1 начинает поворачивать колесо k против часовой стрелки; другой стержень T2 вращает колесо k в том же направлении при уменьшении своей длины, т.е. в случае охлаждения окружающего воздуха. По мере вращения колеса k равномерно расположенные по его периметру небольшие черпаки постепенно заполняются ртутью и подают ее наверх к рабочему лотку, откуда ртуть самотеком поступает на лопастное колесо k3, непосредственно связанное с пружиной часов или барабаном, на который наматывается веревка гирьки-противовеса.

Гораздо более простой  является схема 75. Автором ее был  Пьер Жак Дроз, живший в середине XVIII в. в небольшом швейцарском городке Шо-де-Фон. Дрозу было хорошо известно, что коэффициенты теплового расширения различных металлов, например, стали и латуни, могут сильно различаться между собой. Поэтому он использовал в своем устройстве две прочно скрепленные полоски из этих металлов, зная, что изменения температуры могут вызвать в такой биметаллической полоске силы расширения, вполне достаточные для завода часовой пружины.

Другим примером мнимого  перпетуум мобиле являются так называемые глицериновые часы, схема работы которых  показана на рисунке 76. Главную роль в этом устройстве играет глицерин, заполняющий спиральную стеклянную трубку и часть цилиндра под поршнем. При повышении температуры окружающего  воздуха цилиндр нагревается, глицерин увеличивается в объеме и, перемещая  поршень, совершает работу по подъему  груза-противовеса. Поскольку глицерин затвердевает при -30°С, это устройство может надежно работать лишь в  том случае, если температура окружающей среды будет не слишком низкой. В то же время для непрерывной  работы часов оказывается вполне достаточно малых колебаний температуры  в пределах 2°С.

При чтении раздела о мнимых вечных двигателях, естественно, может  возникнуть вопрос, не выгодно ли создавать  по этому принципу крупные машины, которые можно было бы использовать, например, в промышленном производстве. И хотя совершенно ясно, что речь идет не о «настоящих» вечных двигателях, в современных условиях острой нехватки энергетических ресурсов энергия, полученная таким способом из окружающей среды, могла бы оказаться ценным подспорьем для человечества. В связи с  этим попробуем хотя бы приблизительно подсчитать экономичность работы такой  машины и затраты, связанные с  ее изготовлением. Из опыта известно, что для суточного завода обычных  ручных часов требуется работа, равная примерно 0,4Дж, что составляет около 5.10-6 Дж на каждую секунду хода часов. А поскольку 1кВт равняется 1000Дж/с, то мощность пружины нашего часового механизма составляет всего 5.10-9 кВт. Если расходы на изготовление основных частей описанного выше устройства, действующего по принципу теплового расширения, принять равными 0,01 рубля, то за машину мощностью 1кВт нам пришлось бы заплатить 2 млн. рублей. Конечно же, создание и  использование таких дорогих  источников энергии в широком  масштабе абсолютно нерентабельно.

Одним из современных примеров мнимых перпетуум мобиле являлась популярная в послевоенные годы игрушка -- стилизованная  фигурка пьющей утки, схема 77. Туловищем  утки служила стеклянная трубочка, верхний конец которой заканчивался шариком в виде утиной головы с  клювом. Нижний конец трубочки был  погружен в небольшой запаянный  сосуд, наполненный эфиром. При этом эфир выбирался потому, что он легко  испаряется уже при комнатной  температуре и, кроме того, с изменением температуры резко меняется давление его насыщенных паров. Для того чтобы  «оживить» утку, следовало лишь слегка смочить ее головку и поставить  игрушку перед стаканом с водой. При этом утка, наклоняясь вперед, погружала  свой клюв в воду, потом откидывалась назад, в вертикальное положение, снова наклонялась, окуная клюв в воду, и т.д.

Секрет действия этой игрушки  легко понять, если посмотреть, как  ведут себя пары эфира в двух местах -- в трубочке с головкой и в  нижнем сосуде. Так, если увлажнить  головку утки водой, то вследствие испарения  температура головки упадет ниже температуры окружающего воздуха. Для усиления этого эффекта на головке обычно укрепляется кусочек  какого-либо пористого материала, например, ваты, который хорошо впитывает воду и интенсивно ее испаряет. В результате охлаждения головки давление насыщенных эфирных паров в ней падает, и эфир под действием паров  в нижней части трубочки поднимается  вверх. При этом центр тяжести  фигурки перемещается по направлению  к голове, и утка постепенно наклоняется  вперед. В то же время при горизонтальном положении туловища-трубочки происходят два независимых процесса Нового года банкеты. Банкет санкт петербург. Банкет.. Во-первых, утка опускает клюв в воду, так что ватный хохолок  на ее головке вновь увлажняется. Во-вторых, насыщенные пары из верхней  и нижней частей смешиваются, давление их выравнивается, и жидкий эфир под  действием собственного веса вновь  вытекает в нижний сосуд, в результате чего тело утки опять начинает выпрямляться. Весь цикл качаний этой игрушки будет  повторяться до тех пор, пока головка  утки будет увлажняться и пока окружающий воздух сам не окажется слишком влажным, с тем чтобы  вода из хохолка могла нормально  испаряться и охлаждать головку  утки. Понятно, однако, что и в  этом случае речь идет вовсе не о  реальном перпетуум мобиле, поскольку  постоянные качания утки происходят только благодаря тому, что в процессе этих качаний она отбирает тепло  из окружающего воздуха.

Из приведенных примеров видно, что некоторые явления  природы, по крайней мере внешне, оказываются  в противоречии с повседневным опытом человека, -- именно это обстоятельство являлось одной из причин возникновения  иллюзий о возможности использования  при создании вечных двигателей скрытых  природных сил. Например, опыты с  различными видами радиоактивных излучений, получившие широкое распространение  в конце прошлого столетия, взбудоражив  фантазию многих изобретателей, послужили  мощным импульсом к созданию многочисленных проектов перпетуум мобиле, приводившихся  в действие этими невидимыми лучами. Отметим, что в небольших масштабах  для этих же целей некоторыми изобретателями использовалась энергия солнечного излучения.

В 1903 г. англичанин Дж. Стретт (лорд Рэлей) построил еще один мнимый перпетуум мобиле -- так называемые радиевые часы, по виду и принципу действия также напоминавшие популярный тогда  электроскоп, широко использовавшийся в физических исследованиях того времени. По оси стеклянной колбы  рисунок 78 на тонкой кварцевой нити подвешивалась в вакууме запаянная  с двух концов стеклянная трубочка с небольшим количеством радиевой соли. К нижнему концу трубочки прикреплялись два листочка тонкой золотой фольги. Хотя радиоактивные  вещества испускают излучение трех типов -- альфа, бета и гамма, в данном случае главную роль играло бета-излучение, которое состоит из отрицательно заряженных частиц-электронов и легко  проходит через стекло. Испускаемые  во все стороны электроны уносят с собой отрицательный заряд, в результате чего трубочка с радиевой солью заряжается положительно. Этот заряд передается и на золотые листочки, свободные концы которых под влиянием одноименных зарядов постепенно расходятся. При максимальном отклонении листочки касаются металлических электродов, размещенных вдоль внутренних стенок колбы. При этом они отдают свой заряд электродам и опять спадаются вместе. При накоплении новой порции заряда листочки снова расходятся и весь цикл повторяется заново.