Вечный двигатель

Работающие вечные двигатели (псевдо-ррт)

В этом разделе будут описаны некоторые действительно работающие (или могущие работать) двигатели, которые по всем внешним признакам соответствуют ррш. На са­мом деле, естественно, они никакого отношения к ррш не имеют. Отсюда и приставка «псевдо» — «не настоящие, поддельные».

Секрет работы некоторых из них теперь известен, од­нако есть и такие, которые можно принять (или выдать) за ррш, так как найти и объяснить причину их движения не всегда просто.

Эти двигатели появились давно. Они очень разнообраз­ны по устройству; чаще всего их применяли для привода «вечных» часов, не нуждавшихся в заводе, движущихся игрушек, моделей машин и т. д. Общая черта таких мо­делей ррш заключается в том, что они действительно ра­ботают неограниченно долго, казалось бы, без каких-либо видимых причин. На людей, не знакомых с принципами их действия, они производят сильное впечатление. У не­которых сторонников «энергоинверсии» эти игрушки воз­буждают даже надежды как «прототипы» ррш-2. Однако вполне научное объяснение всегда находится. Но есть и та­кие псевдо-ppm, секрет которых пока не открыт; сведения об одном из них мы приведем ниже.

Насколько известно, первым изобретателем, придумав­шим и осуществившим двигатель, который работал, извле­кая без помощи какого-либо постороннего источника нуж­ную энергию из окружающей среды, был голландский ин­женер и физик Корнелиус Дреббель (1572-1633 гг.). Этот очень знаменитый в свое время человек, о котором теперь незаслуженно редко вспоминают, был несомненно выдаю­щимся исследователем и изобретателем с необычайно ши­роким кругозором, исключительным даже при сравнении с другими светилами конца XVI — начала XVII в. Биографы писали о нем, например, так: «Он был человеком высокого разума, остро мыслящий и переполненный идеями, касаю­щимися великих изобретений... Он жил как философ...». Большая часть его работ была проделана в Англии, где он служил при дворе короля Иакова I.

Его книга на латинском языке с характерным для тех времен на­званием «Послание к просвещеннейшему (sapientissimus) монарху Бри­тании — Иакову — об изобретении вечного двигателя» была издана в 1621 г. в Гамбурге. Насколько далеко он смотрел вперед, можно видеть из краткого перечисления только некоторых его достижений.

Дреббель разработал первый известный в истории техники термо­стат — устройство, в котором автоматически поддерживалась заданная температура независимо от ее изменений снаружи. Он сам изготовил и наладил всю необходимую для этого, говоря по-современному, «систему автоматического регулирования». Идея этого термостата была исполь­зована в инкубаторе, честь изобретения которого тоже принадлежит Дреббелю.

Дреббель изобрел, сконструировал, построил и испытал на Темзе подводную лодку, которая успешно преодолела дистанцию от Вестмин­стера до Гринвича (около 12 км). Она представляла собой нечто вроде вытянутого в длину водолазного колокола. Приводилась лодка в дви­жение гребцами (от 8 до 12), сидящими внутри на скамейках, уста­новленных так, что ноги людей не доходили до уровня воды. Самое, пожалуй, интересное, это навигационные средства и особенно система жизнеобеспечения экипажа, которые тоже были созданы Дреббелем.

Направление определялось традиционным путем — посредством компаса, но глубина погружения — по-новому, посредством ртутного барометра Это был достаточно точный прибор, так как каждый метр глубины погружения соответствовал 76 мм высоты ртутного столба.

Дня обеспечения дыхания экипажа изобретатель применил селитру, которая при нагревании выделяла кислород. Оценить талант (если не гениальность) Дреббеля можно, если учесть, что кислород был открыт шведским химиком К. Шееле в 1768-1773 гг., т. е. только через пол­века. Дреббель, несомненно, был отличным химиком. Об этом свиде­тельствуют не только разработка им химической системы жизнеобес­печения, но и другие изобретения — детонаторы для мин из грему­чей ртути Hg(ONC)2, технологии получения серной кислоты действием азотной кислоты на серу (это отметил Д. И. Менделеев в «Основах хи­мии»), использования солей олова для закрепления цвета при окраске тканей кошенилью. Если ко всему перечисленному выше добавить, что Дреббель был специалистом по оптическим приборам, линзы для ко­торых он шлифовал на изобретенном им самим станке, то этого будет вполне достаточно, чтобы оценить его заслуги.

Дреббель занимался и вечным двигателем. Однако такой человек, как он, не мог пойти стандартным путем, очередной раз изобретая ко­леса с грузами или водяные мельницы с насосами. Ему было совершенно ясно, что таким путем вечный двигатель не создать.

В 1607 г. он продемонстрировал Иакову I «вечные» часы (запатентованные им еще в 1598 г.), приводимые в движение, естественно, столь же «вечным» двигателем. Од­нако в отличие от многочисленных других устройств с та­ким же названием, он действительно в определенном смы­сле был «вечным». После показа королю часы были вы­ставлены во дворце Этлхем на обозрение всем желающим и вызвали сенсацию среди лондонцев.

В чем же был секрет этих часов (вернее, их двигателя)? Вечные часы Дреббеля работали от привода, использую­щего, как и любой другой реальный двигатель, единствен­ный возможный источник работы — неравновесности (раз­ности потенциалов) во внешней среде. Мы уже говорили о них — разностях давлений, температур, химических со­ставов и других, заторможенных и незаторможенных, на которых основана вся энергетика.

Но неравновесности, которые использовал Дреббель, — особого рода, отличные от тех, о которых говорилось в гл. 3, хотя они и связаны тоже с разностями температур и давлений. Они могут действовать в совершенно равно­весной окружающей среде, во всех точках которой совер­шенно одинаковые температура и давление. В чем же тут дело и откуда тогда берется работа?

Секрет в том, что разности потенциалов (давлений и температур) здесь все же существуют, но они проявляются не в пространстве, а во времени. Наиболее наглядно это можно пояснить на примере атмосферы. Пусть в том рай­оне, где находится двигатель, в ней нет никаких суще­ственных разностей давлений и температур1: все тихо и спокойно. Но общие (во всех точках) давление и темпера­тура все же меняются (например, днем и ночью). Эти-то разности и можно использовать для получения работы (в полном согласии с законами термодинамики). Энтропия здесь, естественно, как и при всяком выравнивании разно­сти потенциалов, будет расти.

Простейший способ использования колебаний параме­тров равновесной окружающей среды — поместить в нее барометр или термометр с подвижными элементами и за­ставить их работать — делать что-нибудь полезное. Именно так и поступил Дреббель. В его часах находился жидкост­ной «термоскоп», в котором уровень жидкости поднимался или опускался при изменении температуры и давления. Со­единить поплавок на поверхности жидкости с приводом ча­сов было уже делом механики, которой изобретатель вла­дел в совершенстве.

Дреббель объяснял работу своего двигателя действием «солнечного огня». Это было не только в духе времени, но и совершенно правильно с современных позиций. Дей­ствительно, все изменения температуры и давления атмо­сферы определяются в конечном счете солнечным излуче­нием.

Чертеж атмосферного двигателя Дреббеля до нас не до­шел. Однако его идея вечного привода повторялась в раз­ных модификациях и многократно использовалась другими изобретателями. По описаниям их приборов можно в опре­деленной степени судить о том, каким мог быть двигатель Дреббеля.

Около 1770 г. англичанин Кокс предложил баромери- ческий двигатель. На рис. 5.11 приведена его принципи­альная схема. Сосуд, заполненный ртутью, привешен на тросах, соединенных с ободом колеса. Сосуд уравновеши­вался грузом, установленным на стержне, жестко связанном с колесом. В сосуд погружена барометрическая трубка, за­крепленная в верхней части. При изменениях атмосфер­ного давления высота столба ртути в трубке менялась; со­ответственно часть ртути либо выливалась из трубки в со­пели, разумеется, пренебречь несущественными различиями, не имеющими практического значения.

Суд (падение давления), либо вталкивалась в нее из сосуда (повышение давления).

В первом случае сосуд стано­вился тяжелее и опускался вниз; во втором, напротив, поднимался. Это возвратно-поступательное дви­жение заставляло колесо попе­ременно вращаться в противопо­ложных направлениях. Посред­ством установленной на нем со­бачки храповому колесу сообща­лось однонаправленное движение.

Эта машина была довольно крупной (в сосуде было около 200 кг ртути) и могла постоянно заводить большие часы. Вот ка­кой отзыв дал о ней Фергюсон в 1774 г.: «Нет основания полагать, что они когда-нибудь остановятся, поскольку накапливающаяся в них двигательная сила могла бы обес­печивать их ход в течение целого года даже после полного устране­ния барометра1. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное ознакомле­ние с этими часами, по своей идее и исполнению они представляют собой самый замечательный ме­ханизм, который мне когда-либо приходилось видеть...».

Точно так же, как колебания давления, могли использоваться для привода часов и колебания температуры. Очень простой и

Остроумный двигатель такого рода создал швейцарский ча­совщик П. Дроз (ок. 1750 г.).

Он изготовил двухслойную пружину (рис. 5.12), внеш­няя часть которой была сделана из латуни, а внутрен­няя — из стали. Уже тогда было известно, что коэффи­циент теплового расширения латуни существенно больше,

!Это означает, что мощность этого двигателя была намного больше той, которая требовалась для действия часов.

Чем стали. Поэтому при повышении температуры пружина будет сгибаться (сплошная стрелка), а при понижении —

Распрямляться (штриховая стрелка) С помощью системы рычагов это разнонаправленное движение пре­образуется в однонаправленное вращение зубчатого колеса, под­нимающего груз или заводящего пружину. Сейчас идея Дроза ши­роко используется в самых разно­образных тепловых приборах.

В дальнейшем было создано довольно много таких барических или термических двигателей, кон­структивно более совершенных, но повторяющих по существу идеи Кокса и Дроза. Если скрыть весь механизм двигателя под кожухом, то доказать, что это не ррт, прак­тически невозможно.

Нужно отметить, что такие и им подобные двигатели, основан­ные на использовании колебаний температуры и давления окружаю­щей среды, весьма выгодны эконо­мически вследствие своей простоты и практически неогра­ниченного ресурса.

Иногда в литературе, в том числе и посвященной вечным двигате­лям, появляются оценки устройств такого рода, которые могут дезори­ентировать читателя.

Нельзя, например, признать правильными расчеты экономичности микродвигателя, которые приводятся в [2.6]. Автор рассуждает так: «...для суточного завода обычных ручных часов требуется работа при­мерно 0,4 Дж, что составляет около 5 • 10"6 Дж на каждую секунду хода часов. А поскольку 1 кВт равен 1000 Дж/с, то мощность пружины нашего часового механизма составляет всего 5-Ю-9 кВт. Если расходы на изготовление основных частей такого устройства, действующего по принципу теплового расширения, принять равными 0,01 кроны, то за машину мощностью 1 кВт нам пришлось бы заплатить 2 млн. крон (250 тыс. руб.)». Отсюда делается вывод: «Конечно же, создание и использование таких дорогих источников энергии в широком масштабе абсолютно нерентабельно».

Конечно, так рассуждать нельзя. Расходы, особенно в малых тех­нических системах, при сравнении их с большими нельзя считать про­порциональными их размерам. (Тогда, например, железнодорожный ко­
стыль будет дороже булавки в 10000 раз!). Таким путем можно по­лучить совершенно фантастические цифры. На самом деле суточные (и сезонные) колебания, например, температуры воздуха или воды мо­гут успешно, с большим экономическим эффектом ипользоваться для решения локальных энергетических задач. Кроме работы возможно по­лучение и других полезных результатов. В общем случае возможный полезный эффект определяется максимальной работой (эксергией), ко­торую можно получить, приаодя какое-либо тело в равновесие со средой дважды: сначала при одних ее крайних параметрах (Ро. с» ^о. с)» а затем при других (р'о. с Ф Ро. о То. с Ф То. с)- если, например, зимой при То. с запасти большое количество льда с температурой, скажем, —10 °С, то летом при Т"с = 20 °С 1 кг льда (даже если учитывать только его теплоту плавления) будет обладать большой эксергией. Точно так же нагретый летом до температуры окружающей среды грунт может слу­жить (и уже используется) для теплоснабжения в зимнее время.

Использование таких энергетических резервов может дать суще­ственный экономический эффект (и в малом, и в крупном масштабе).

Другая группа псевдо-ррш не связана с изменением па­раметров окружающей среды. Их действие происходит, на первый взгляд, без использования каких-либо разностей потенциалов.

Среди них особенно известны «самобеглый шарик» и «пьющая утка», которую иногда называют у нас в стране «утка Хоттабыча»1.

«Самобеглый шарик»устроен очень просто (рис. 5.13). На свинцовые кольцевые концентрические «рельсы» тре­угольного сечения кладется медный или бронзовый шар, диаметр которого в 2-3 раза больше размера колеи. Как только экспериментатор отпускает шар, поставленный на рельсы, он начинает без всякой видимой причины катиться по рельсам, описывая безостановочно один круг за другим. Если шар остановить, а затем отпустить, то он покатится снова. Этот опыт производит большое впечатление, так как, на первый взгляд, причина движения шарика совер­шенно непонятна. Однако объяснение здесь очень неслож­ное. Шарик предварительно нагревают. Теплопроводность свинца сравнительно невелика. Поэтому шарик, соприка­саясь с рельсами, нагревает места контакта. Свинец, рас­ширяясь, образует небольшие бугорки на рельсах, с кото­рых шарик скатывается; дальше такие бугорки образуются

Почему эту игрушку назвали именем старика Хоттабыча — героя известной книги Н. Лагина — можно только догадываться. Скорее всего потому, что Хоттабыч мог творить всякие чудеса. Мы уже видели, что его имя даже связали с ррш-2 («структура Хоттабыча»).

Непрерывно вслед за движением шарика и постоянно тол­кают его дальше. К тому моменту, когда он вернется к исходному месту, рельсы успевают остыть, и образование бугорков на них продолжается. Так шарик будет кататься довольно долго, пока его температура и температура свин­цовых колец рельсов практически выравняются.

Этот опыт очень на­глядно иллюстрирует прин­цип Карно. Есть разность температур — есть движение; нет разности температур — движения нет (а внутренней энергии и в шарике, и в плите с рельсами — хоть отбавляй, почти столько же, сколько было и перед началом движе­ния; она только распредели­лась равномерно).

«Утка Хоттабыча», внеш­ний вид и разрез которой по­казаны на рис. 5.14, не нужда­ется в предварительном на­греве, она и не останавлива­ется так быстро, как шарик (а может и вообще не оста­навливаться). Она исправно качается вокруг горизонталь­ной оси, каждый раз опуская клюв в воду, чтобы напиться, и снова поднимая голову вверх. Эти движения все время повторяются без всякой видимой причины и продолжаются, пока в стаканчике есть вода. Никакой разности температур между этой водой и окружающим воздухом, которую можно было бы исполь­зовать для движения, тут нет: их температуры одинаковы.

Причина движения утки становится ясной, если позна­комиться с ее устройством. «Голова» утки представляет со­бой сосуд, соединенной прямой трубкой с «туловищем»-- другим большим сосудом, в который эта трубка входит так, что достает почти до его дна. Внутренняя полость за­полнена легкокипящей жидкостью — диэтиловым эфиром (Н5С2-О-С2Н5) так, чтобы при горизонтальном положе­нии ее уровень был примерно на середине трубки. Чтобы пустить утку в ход, нужно окунуть ее клюв в воду. То­гда вата, закрепленная на головке, увлажняется и вслед­
ствие испарения воды головка несколько охлаждается. Это приводит к некоторому понижению давления пара внутри утки и понижению температуры эфира. В этом горизонтальном положении утки паро­вые пространства го­ловки и туловища со­общаются через трубку и давление в них ста­новится одинаковым. Поскольку количество жидкости в туловище немного больше, оно перевешивает, головка поднимается и утка принимает наклонное положение, показан­ное на рисунке штри­ховыми линиями. Жид­кость перекрывает сообщение между паровыми простран­ствами головки и туловища. Жидкость в туловище подогре­вается до температуры окружающей среды, частично испа­ряется и образовавшийся пар выталкивает большую часть жидкости через трубку в головку, которая перевешивает, и утка снова опускает клюв в воду. Обе полости снова сооб­щаются, давление выравнивается, и жидкость опять стекает в туловище. Процесс повторяется и может продолжаться до тех пор, пока в стаканчике, откуда утка пьет, будет вода.

Многие сторонники «инверсии энергии» очень любят и рекламируют эту игрушку. Действительно, чем не прообраз ррт-2? Она действует, «извлекая тепло из окружающей среды», и «концентрирует» его, превращая в работу. Ча­сто и объяснения, приводимые в популярной литературе, даже посвященной вечному двигателю, вносят путаницу, например, фразы такого типа: «Постоянные качания утки происходят только благодаря тому, что она отбирает те­пло от окружающего воздуха». Дело, конечно, не только (и не столько) в этом. Никакое устройство, в том числе и утка (даже принадлежащая самому Хоттабычу), не могло бы «отбирать тепло» от окружающего воздуха без затраты на это какой-либо эксергии, получаемой извне. Для этого нужно располагать разностью потенциалов между окружа­ющей средой и находящимся в ней каким-либо телом. Но
откуда в данном случае берется эксергия? И температура, и давление в окружающей среде — воздухе не имеют ника­ких перепадов, которыми можно было бы воспользоваться. Вода, которую «пьет» утка, тоже имеет ту же температуру, что и воздух. Однако здесь существует все же один пере­пад, за счет которого утка и работает. Этот перепад свя­зан с разницей давлений водяного пара над поверхностью воды и в воздухе. Так как воздух обычно не насыщен во­дяным паром (относительная влажность ср < 100 %), то на поверхности воды все время происходит ее испарение с со­ответствующим понижением температуры. В сосуде это не чувствуется — воды много, а поверхность испарения мала. Но вата на головке утки — другое дело: ее поверхность велика, а воды в ней немного. Поэтому она охлаждена все­гда; ее температура ниже температуры окружающей среды. Эта разность температур и обеспечивает работу «утки Хоттабыча». Но она вторична и возникает как следствие разной упругости пара в окружающей среде (воздухе) и над поверхностью воды. Если накрыть утку колпаком, то воздух под ним быстро насытится влагой, испарение ее с головки прекратится и «извлечение тепла из окружающей среды» на этом закончится1.

Таким образом, «утка Хоттабыча» живет и движется в полном соответствии со вторым законом. В этом отноше­нии она не отличается от обычной живой утки.

Теперь мы можем перейти к другой группе устройств, которые хоть и не доведены до уровня действующих веч­ных двигателей, но могут, по мнению некоторых сторон­ников «энергоинверсии», стать основой для их проекти­рования. Такие устройства создают разность температур; очевидно, что, имея ее в своем распоряжении, сделать дви­гатель уже нетрудно — это дело техники. Именно поэтому мечта о том, чтобы создать без затраты работы разность температур, — один из вариантов мечты о ррш-2.

Знаменитый английский физик К. Максвелл придумал

Труде проф. М. А.Мамонтова [3.18], который мы уже разбирали в этой главе, есть несколько слов и об «утке Хоттабыча». Вот что в ней написано: «Факт регулярного действия системы Хоттабыча при отсут­ствии каких-либо других источников энергии, кроме тепла атмосферы, означает, что структура Хоттабыча обладает по сравнению с ординар­ной закрытой структурой особым свойством, позволяющим получать работу за счет природного тепла». Комментарии здесь, по-видимому, не нужны.

В 1879 г. для таких мечтателей специальную мистическую фигуру — так называемого «демона Максвелла». Этот де­мон должен был делать очень нехитрую, на первый взгляд, работу — разделять в газе молекулы с большими скоро­стями («горячие») и с малыми («холодные»), Известно, что в любом газе есть и те, и другие; общая температура газа определяется неким средним значением всех скоростей.

Демон должен находиться у перегородки, разделяющей сосуд с газом на две части, и сторожить небольшое отвер­стие в ней, открывая и закрывая его так, чтобы пропускать в одну сторону только «горячие» молекулы, а в другую — только «холодные». Для других проход закрыт. Тогда через некоторое время работа демона-вратаря приведет к тому, что в одной половине сосуда будет горячий газ, а в другой — холодный. Цель достигнута! В гл. 3 мы показали на основе статистики, что самопроизвольно такое разделе­ние произойти не может. А здесь «демон», не затрачивая работу, получил разделение.

Демон Максвелла вызвал много споров. Всем серьез­ным термодинамикам было ясно, что такого демона быть не может; его «деятельность» явно нарушала бы второй закон термодинамики. Но строго научно прикончить этого демона оказалось не так просто. В конце концов это было сделано1. Оказалось, что «просто так» демон работать не может. Затраты на его деятельность не могут быть меньше той работы, которую способны дать обе порции газа при выравнивании разности температур между ними.

Однако мечта сделать что-то в этом роде у некоторых противников второго закона оставалась. И вот появилось устройство, которое оживило их надежды. Это была ви­хревая труба или труба Ранка (названная в честь ее изо­бретателя — французского инженера Ж. Ранка).

Вот что пишет об этом устройстве один из пропаган­дистов «энергоинверсии» [3.10]: «Если способ отделения горячих компонентов воздуха от холодных (быстрых мо­лекул от медленных) с помощью максвелловских демо­нов, открывающих в перегородке сосуда дверцы перед бы­стрыми молекулами, видимо, невозможен, то вот с помо­щью вихревой турбины... это осуществить удалось. Она представляет собой мундштукоподобное устройство, закру­чивающее в вихрь прокачиваемый сквозь него обычный

Читателям, которые заинтересуются «демоном Максвелла», можно, рекомендовать познакомиться с ним по литературе, например [1.22].

Воздух так, что наружу выходят из него две струи — горя­чая и холодная. Перед этой простой, не имеющей движу­щихся частей турбиной большое будущее».

Если заменить в этой тираде несуществующую «вихре­вую турбину», которая к тому же «не имеет движущихся частей», на «вихревую трубу» и убрать слова о «компо­нентах» (компоненты воздуха — это совсем другое), то все будет правильно. Вихревая труба действительно разделяет подаваемый в нее газ на два потока — нагретый и охла­жденный; она действительно имеет не только большое бу­дущее, но уже давно широко используется в технике [1.20]. Все это так. Однако никакой «энергетической инверсии», а следовательно, и ррш-2, с ее помощью создать нельзя.

Разберемся, в чем тут дело. На рис. 5.15 пока­заны схема работы вихре­вой трубы и ее внутреннее устройство.

Поток сжатого газа (на­пример, воздуха) подводится к сопловому вводу, рас­положенному касательно к стенке трубы. В трубе газ закручивается в спирально движущийся поток. Внеш­няя часть 3 этого потока, вы­пускаемая через кольцевую щель, оказывается нагретой, а внутренняя часть 2, вы­ходящая через отверстие в диафрагме, — охлажденной. Меняя положение конуса 5, можно изменять расходы и температуры горячего и хо­лодного потоков. Однако во всех случаях температура по­тока Т2 меньше, чем входящего Ть а горячего Тз — больше. Разности температур Т — Т2 = ДТх и Тз — Т = АТг могут составлять десятки градусов. Это парадоксаль­ное, но вполне объяснимое явление возникает в результате сложных газодинамических явлений, которые мы здесь раз­бирать не можем1. Для нас важен конечный результат — возникновение в трубе разности температур без какого-

^ни рассмотрены в соответствующей литературе, например в [1.20].

Либо специального нагрева или охлаждения. Можно ли использовать эту разность, чтобы получить работу? Не­сомненно, да. Работу можно получить. Но нужно ли ее получать таким способом? Имеет ли такое преобразование смысл?

Увы, нет. В этом легко убедиться, посмотрев на схему включения вихревой трубы на рис. 5.16. Ведь для того, чтобы она действовала, нужно подать в нее сжатый газ, а чтобы сжать его, нужен компрессор, а чтобы компрессор работал, нужно подвести к нему работу L' от двигателя. Так вот, если сравнить эту затраченную работу L! с эксер- гией, работоспособностью горячего и холодного Е2 по­токов газа, та она будет значительно больше: L! Е2 + Е^. Разность L' — (Е2 + £3) даст потерю D эксергии в этом процессе. Оказывается, что она в самом лучшем случае со­ставляет 88-90% подведенной работы. Другими словами, КПД всей системы составит не более 12%.

Ясно, что ника­кой «инверсии энер­гии» здесь нет; на­против, как и во вся­ком реальном техниче­ском устройстве, экс­ергия теряется (а эн­тропия растет). Можно, конечно, и здесь по­лучать электроэнергию L", но при этом неиз­бежно получится тот же плачевный результат, что и с дру­гими «концентраторами энергии», например тепловым на­сосом: L" по отношению к L' составит 10-12%. Кстати, автор и той, и другой идеи — одно и то же лицо.

Интересно отметить, что мысль о том, что вихревая труба — жилище демона Максвелла и что ее действие на­рушает второй закон, приходила в голову многим. Харак­терна в этом отношении статья М. Силвермэна, помещен­ная в 1982 г. в журнале Европейского физического обще­ства под интригующим названием «Вихревая труба: нару­шение второго закона?» [2.15]. Подробно разобрав вопрос на пяти страницах, автор с грустью все же приходит к вы­воду, что второй закон термодинамики в вихревой трубе не нарушается.

Другой, не менее любопытный вариант «самопроизволь-
ного» получения разности температур привел известный советский кристаллограф академик (тогда еще профессор) А. В. Шубников в статье «Парадоксы физики» [2.16]. Ав­тор ставит вопрос: можно ли нагреть стоградусным паром жидкость выше 100°? Дальше он пишет: «Этот вопрос был предложен 25 лет назад профессором физической хи­мии Крапивиным выпускникам Московского университета, к которым принадлежал и автор настоящей заметки. С тех пор мне много раз приходилось задавать этот вопрос ря­довым физикам и химикам и не было случая, когда я по­лучил бы правильный ответ. Один из видных химиков так обиделся на мой вопрос, что не пожелал даже продолжать разговор на эту тему, объявив, что сама постановка вопроса может свидетельствовать только о моем глубочайшем не­вежестве в физике; надо думать, что он причислил меня к сумасшедшим изобретателям перпетуум мобиле. Дело кон­чилось тем, что мне пришлось обманом завлечь умного хи­мика в лабораторию, где заранее был приготовлен опыт, показывающий, что стоградусным паром можно нагреть жидкость до 110 °С и много выше. Опыт делается очень просто».

Далее описана установка для опыта. В колбу Вюрца (рис. 5.17, а) наливается вода; в горлышко колбы вставля­ется пробка с термометром, причем шарик термометра, как полагается, помещается возле боковой пароотводной трубки колбы; свободный конец этой трубки погружается в насыщенный раствор поваренной соли, в который поме­щен второй термометр. При нагревании воды в колбе до кипения ртуть термометра в колбе, поднявшись до метки 100 °С, будет оставаться в этом положении, пока кипит вода; ртуть же второго термометра будет подниматься до тех пор, пока раствор соли тоже закипит. Температура ки­пения насыщенного раствора соли равна примерно 110 °С. Эту температуру и покажет второй термометр. Для боль­шей убедительности опыта можно поменять термометры местами; все равно термометр покажет, что раствор соли имеет температуру 110°С! Следовательно, водяной пар, имеющий температуру 100 °С, нагрел рассол до 110 °С. Как же быть со вторым законом термодинамики?

Опыт действительно интересный, и в его результатах не­обходимо разобраться. Сделать это нужно с особой тща­тельностью, поскольку, как мы уже видели, любая самая маленькая неточность может привести к большим ошиб­кам, в том числе к очередному «перпетомобилю».

Начнем поэтому, как всегда в таких случаях, с терми­нов. Отметим, прежде чем разбирать вопрос по существу, одну небольшую, но очень существенную неточность в са­мом названии опыта. Строго говоря, в опыте производится не «нагрев стоградусным паром жидкости до 110 °С и вы­ше», а нечто более сложное.

Чтобы наглядно показать это, представим опыт в та­ком виде, чтобы он точно соответствовал названию. То­гда колба с нагреваемой жидкостью выглядела бы немного иначе — так, как показано на рис. 5.17, б. Греющий пар нужно было бы пропустить по змеевику, не смешивая с со­леной водой в стакане, а только нагревая ее через стенку трубки. Вот тогда был бы действительно «нагрев стогра­дусным паром» жидкости в стакане. И если бы в этих условиях жидкость — соленая вода — нагрелась до 110 °С, то второму началу тут же пришел бы конец к радости всех изобретателей вечного двигателя второго рода. Но, увы, этого не произойдет; при таком устройстве прибора лю­бая жидкость, в том числе и соленая вода, никогда не нагреется выше температуры пара — 100 °С. Любой же­лающий может легко это проверить. Выходит, что тот «химик-скептик», которого Шубников обманом затащил в лабораторию, был абсолютно прав, в своем возмущении: «нагреть» (в точном смысле этого слова) «стоградусным паром» рассол до 110 °С действительно нельзя.

Теперь мы можем вернуться к «опыту Крапивина» и рассмотреть его точно в том виде, как он описан в за - метке. Здесь происходит не просто нагрев, а смешение во­дяного пара с соленой водой. В этом, как уже, наверное, догадывается читатель, вся «соль» вопроса и содержится. Пузырьки пара, как совершенно правильно в дальнейшем объяснит А. В. Шубников, конденсируются в растворе соли, все время разбавляя его. При этом лежащая на дне сосуда соль постепенно переходит в раствор, поддерживая его в состоянии, близком к насыщению. Эти два процесса рас­творения — пузырьков пара в рассоле и соли в нем — и приводят к нагреванию рассола до температуры, суще­ственно более высокой, чем 100 °С.

Тепловой эффект, возникающий при взаимном раство­рении газов, жидкостей и твердых тел, хорошо известен. Он может сопровождаться, зависимости от знака теплоты растворения, как охлаждением (например, при смешении льда и соли), так и нагреванием (например, при смешении этилового спирта и воды).

Разогрев рассола в «опыте Крапивина» до температуры выше 100 °С не имеет никакого отношения к «передаче теплоты наоборот» — от более холодного тела к теплому и, следовательно, к нарушению второго начала. Здесь теплота вообще не передается.

Все дело в теплоте растворения, дающей добавочный эффект разогрева, который определяется двумя составля­ющими. Первая из них и основная — это теплота раство­рения пара в насыщенном растворе соли, приводящая к нагреву образующегося раствора. Вторая — теплота рас­творения твердой соли в рассоле, имеющая противополож­ный знак и ведущая к охлаждению раствора. Но поскольку первая величина намного больше, в итоге и получается зна­чительный разогрев раствора. Как в любом процессе сме­шения, энтропия при этом возрастает.

«Эффект Крапивина», так же как и любая экзотерми­ческая (т. е. проходящая с выделением теплоты) реакция, представляет собой явление, никоим образом не противо­речащее второму закону термодинамики1. Создать на его базе ррт-2 никак нельзя.

Существует еще много явлений, которые в очередной раз вселяют в сердца «энергоинверсионщиков» надежды на «обход» второго закона, но каждый раз научный анализ беспощадно их разбивает.

Интересно сопоставить его с «соляным двигателем», показанным на рис. 1.27, б.

В заключение нельзя не упомянуть еще об одном напра­влении в разработке псевдо-ррш — создании специальных игрушек или моделей, имитирующих вечные двигатели. Их авторы прекрасно понимают, что ррш создать нельзя, но они пользуются всеми возможностями современной тех­ники, вплоть до использования микропроцессоров, чтобы сделать такую модель ррш, в которой секрет ее привода был бы спрятан возможно лучше.

Устройство некоторых из таких игрушек подробно описывается в литературе. Примером может служить модель магнитного ррш-1 с шариком, скатывающимся по желобу и снова притя­гиваемым магнитом, описан­ного в гл.1 (см. рис. 1.18). Все там продумано и спря­тано настолько искусно, что создается полная иллюзия работающего вечного двига­теля [2.14]. Однако ре­корд в создании действую­щей модели ррш поставил один англичанин, сделавший ее на основе велосипедного колеса (опять велосипедное колесо!).

Каждый год Британская ассоциация содействия раз­витию науки собирает свой съезд. В 1981 г. такой съезд, посвященный 150-летию этой организации, состоялся в го­роде Йорке. На нем по традиции была организована вы­ставка. Несмотря на обилие разнообразных научных экс­понатов, наибольшее внимание привлек действующий веч­ный двигатель, представленный редакцией журнала «New Scientist». Машина, сооруженная на базе велосипедного колеса без камеры и покрышки, заключена в герметически закрытый стеклянный ящик. Колесо крутится с постоянной скоростью — 14 об/мин безостановочно, без всякого шума. Фотография этого двигателя представлена на рис. 5.18.

Всем желающим было предложено отгадать секрет дви­жения колеса. Была установлена и премия: годовая бес­
платная подписка на журнал плюс фирменная рубашка с эмблемой.

За время конгресса (а он длился месяц) редакция по­лучила 119 ответов; ни один из них не был правильным. Самое интересное, что 16 человек сочли двигатель насто­ящим ррт и соответственно объяснили его работу! Ко­гда изобретатель модели говорил им, что его колесо вовсе не вечный двигатель, они отходили очень разочарованные. «Он специально обманывает нас, чтобы скрыть свой се­крет» — сказал один из них.

Нашелся даже один отчаянный студент, который ухи­трился украсть двигатель, покопался в нем и с позором вернул обратно, так и не поняв, в чем дело; двигатель про­должал работать.

Изобретатель этой машины, химик из Ньюкасла Дэвид Джоунс, на вопросы корреспондентов ответил: «Единствен­ное, что отличает мою машину от других вечных двигате­лей, — это то, что в ней спрятан источник энергии. Я использовал всем известные принципы, но так, как до сих пор не приходило в голову ни одному разумному человеку; даже присниться не могло».

На этом интервью закончилось, и от дальнейших объ­яснений изобретатель категорически отказался. Так тайна и осталась нераскрытой.

На этом, самом загадочном из всех ррт и единственном, который работает, мы закончим рассмотрение вечных дви­гателей — «настоящих» и ложных.

В заключение осталось коротко коснуться еще одного, последнего вопроса — в какой связи находятся поиски ррт с настоящей энергетикой и смогут ли они дать что-либо по­лезное для нее, если не сейчас, то хотя бы в перспективе?