Техника - молодёжи 1999-07, страница 16

ПРОБЛЕМЫ

И ПОИСКИ

ВСЕЛЕННАЯ

Как ни странно, но далеко не все ясно понимают принципиальное различие между первым и вторым началами термодинамики. Первое начало утверждает, что энергия не может возникнуть «из ничего»: например, чтобы вскипятить воду в кастрюле, нужно затратить определенное количество электричества. А второе начало говорит не об энергии вообще, а только об условии, необходимом для превращения тепла в полезную работу, — например, тепла горячей воды в работу электрогенератора.

Это условие заключается в том, что, помимо горячей воды, как источника тепла, необходим еще и его приемник: тепло можно превратить в работу только в том случае, если оно перетекает от горячего тела к холодному — подобно тому, как вода горной реки (но не стоячего озера) способна вращать вал электрогенератора. Сама собой, без затраты энергии, разность температур возникнуть не может (как не может вода сама собой подняться в гору) , и поэтому «вечный двигатель» второго рода принципиально неосуществим — равно как неосуществим и «вечный двигатель» первого рода.

Но, несмотря на то, что все это прописные истины, до сих пор не прекращаются попытки создать «вечный двигатель» второго рода, якобы способный облагодетельствовать человечество, обеспечив его дармовой энергией и заодно решив все экологические проблемы. И, дабы обосновать свои прожекты, их авторы начинают с того, что пытаются опровергнуть второе начало термодинамики.

«Демон» Максвелла

Первая попытка поставить под сомнение второе начало термодинамики принадлежит известному физику прошлого века Джеймсу Максвеллу, описавшему следующий мысленный эксперимент.

Представим себе, что изолированный от внешней среды сосуд с газом (где молекулы имеют различные скорости даже при постоянной температуре) разделен перегородкой, в которой есть отверстие с заслонкой, и этой заслонкой управляет крошечное существо («демон»), способное сортировать молекулы по скоростям. У него очень простая задача: пропускать более быстрые, «горячие» молекулы, скажем, в левую половину сосуда, а более медленные, «холодные» — в правую. В результате между половинами сосуда возникнет разность температур, за счет которой, с помощью любой тепловой машины, можно получить полезную работу. А после того как температуры левой и правой половин сосуда сравняются, «демон» вновь воссоздаст ее разность и тем самым, полезная работа станет получаться как бы вечно и задарма. Но какое начало термодинамики при этом нарушается — первое или второе?

Какими бы сверхъестественными способностями не обладал «демон» Максвелла, вряд ли можно сомневаться в том, что, открывая и закрывая заслонку, он совершает определенную полезную работу. И если при этом вообще не расходует никакой энергии,

Вячеслав ЖВИРБЛИС

то нарушает второе начало термодинамики. Если же для управления заслонкой «демон» черпает энергию «из ничего», он нарушает первое

ДВИГАТЕЛЬ

начало. Ну а если пользуется собственными энергетическими ресурсами, то сможет некоторое время работать, но только до полного их исчерпания. И только когда эти ресурсы каким-то образом непрерывно пополняются извне, «демон» будет работать сколь угодно долго, не нарушая никаких законов термодинамики. Но... ничем не отличаясь от обычной тепловой машины.

Следовательно, второе начало (о первом и говорить нечего!) отменить никак нельзя, если применять его к строго изолированной системе, но можно искать новые источники внутренней (или внешней) энергии, которые можно было бы использовать подобно тому, как люди научились использовать энергию атома.

«Жулик» Чернетского и «кольцар» Лазарева

Такой источник известен давно, хотя никто из серьезных физиков не рассчитывает на то, что ему когда-либо удастся найти практическое применение. Это физический вакуум, обладающий огромным, фактически бесконечно большим запасом энергии.

1. Схема «жулика» профессора Чернетского: а — разрядник замкнут, лампочка горит тускло; б — между электродами возникает дуга, и лампочка ярко вспыхивает за счет неучтенной энергии, поступающей из электрической сети.

Но именно потому, что энергия физического вакуума бесконечно велика, ее приходится считать... равной нулю!

В самом деле. Если на полу замкнутой кабины лифта, непрерывно движущейся вверх, стоит гиря, то относительно источника силы тяжести (которую условимся считать постоянной) ее потенциальная энергия непрерывно возрастает, стремясь к бесконечности, хотя относительно пола кабины потенциальная энергия гири все время будет оставаться равной нулю. Вот если бы в полу кабины удалось проделать дырку и бросить в нее гирю, привязанную к веревке, то, падая, она могла бы произвести сколь угодно много полезной работы. Но с помощью какого устройства можно сделать дырку в кабине воображаемого лифта и извлечь энергию из физического вакуума?

В популярной печати не раз и не два появлялись сообщения о подобных устройствах, вызывавшие резкую (и, как правило, справедливую) критику. Автором одного из таких устройств был профессор А.М.Чернетский. В цепь переменного тока он включал последовательно соединенные конденсатор, элект

рическую лампочку и разрядник (это принципиальная схема, а в действительности она была крайне запутанной и непонятной на первый взгляд). Когда электроды разрядника были замкнуты (рис. 1а), лампочка горела тускло, но как только между ними вспыхивала дуга (рис. 16), она начинала гореть ярко. По утверждению автора, его устройство производило в несколько раз больше энергии, чем потребляло из сети, за счет того, что дуга якобы под-питывалась энергией физического вакуума.

Разгадка работы этой хитроумной установки оказалась до обидного простой. А именно, при возникновении дуги ток в цепи становился импульсным, в результате чего сопротивление конденсатора резко уменьшалось, и лампочка горела ярче. Но не потому, что под-питывапась энергией физического вакуума, а потому, что незаметно воровала из сети переменного тока высокочастотные составляющие, не регистрируемые обычным электросчетчиком. То есть система работала как обычный электрический «жулик». Контрольные эксперименты как раз и показали, что устройство Чернетского действительно производит энергии никак не больше, чем потребляет...

Гораздо более простое, но более интригующее устройство придумал, изготовил и успешно испытал инженер М.Ф.Лазарев, назвав его «кольцаром». Оно представляло собой замкнутый кольцеобразный сосуд, одно колено которого перекрыто пористой перегородкой (рис.2). Вода, помещенная над ней, просачивалась под действием силы тяжести и за счет силы поверхностного натяжения поднималась в левом колене выше уровня в

правом колене — да так, что возвращалась в него самотеком, неопределенно долго (у Лазарева — несколько лет), циркулируя по замкнутому контуру подобно электрическому току в сверхпроводящем кольце. Элементарные расчеты сил, действующих на молекулы жидкости «кольцара», показывают, что так оно и должно быть. Но как тут быть со вторым началом термодинамики?

Лазарев, подобно всем изобретателям «кольцаров» (отметим, что они могут иметь весьма различные конструкции, и их описания не раз встречались в письмах читателей популярных изданий и даже публиковались), не стал разбираться в причинах странного поведения своего устройства, а принялся энергично утверждать, будто второе начало термодинамики следует немедленно отменить. Естественно, столь радикальная позиция не могла вызвать сочувствия у серьезных ученых, в результате чего на инженера, как на очередного изобретателя «вечного двигателя», навесили позорный ярлык «лжеученого».

Но в действительности «кольцар» Лазарева — вовсе не «вечный двигатель» второго