По причине отсутствия согласованной терминологии в научно-популярной литературе возникла путаница. Понятие «вечный двигатель» постоянно путают с понятием «устройство с КПД более 100%»! И, к тому же, применение термина «вечный», как правило, никак не увязывается с конкретными временными промежутками, которые можно выразить конкретными величинами…
«Устройство с КПД более 100%» — устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество энергии, которую люди способны измерить на его входе.
«Вечный двигатель» — устройство, имеющее значительный срок своего бесперебойного функционирования, ограниченный, в первую очередь только свойствами веществ, из которых оно изготовлено. Конечно же, эти вещества претерпевают постоянные изменения (окисление, ржавление, корродирование и так далее). Но, невзирая на это, современный технологический уровень человечества уже достаточен для того, чтобы создавать «вечные» двигатели …
Какую длительность процесса подразумевает термин «вечный», так часто применяемый в научно-популярной литературе?
- 20 миллиардов земных лет — это «вечно»? Этот срок намного превышает теоретический возраст Вселенной.
- 100 тысяч земных лет — это «вечно»? Этот срок более чем в 1000 раз превышают средний возраст жизни человека на планете Земля.
- 600 земных лет — это «вечно»? Устройства, способные бесперебойно функционировать 600 земных лет и более уже серийно выпускаются несколько столетий, о чём будет рассказано ниже…
Похоже, ни один современный учёный не способен ответить на эти вопросы.
С точки зрения автора, любое устройство может быть отнесено людьми к понятию «вечных» устройств, если:
- расчетная длительность бесперебойного функционирования устройства превышает срок жизни человека на планете Земля, в результате чего люди в течении своей жизни не смогут увидеть его не работающим;
- функционирование созданного людьми устройства обеспечивается исключительно за счёт энергий Природы.
Основные типы устройств, обеспечивающих создание «вечных» двигателей
- №1. Основан на использовании перемещения в пространстве масс вещества:
- Периодическое перемещение масс воды во время приливов и отливов предоставляет возможность создавать приливные электростанции, которые используют для своего функционирования периодические изменения уровня воды в течение суток;
- Постоянное перемещение масс воды с более высоких уровней на более низкие предоставляет возможность создавать гидроэлектростанции, которые используют для своего функционирования наличие постоянного перепада уровня воды;
- Перемещение воздушных масс на планете предоставляет возможность создавать ветряные электростанции, которые используют для своего функционирования движение воздушных масс;
- …
- №2. Основан на использовании изменения в пространстве параметров вещества:
- Постоянные изменения атмосферного давления в конкретной точке планеты предоставляют возможность создания устройств, которые используют для своего функционирования перепады атмосферного давления;
- Постоянные изменения температуры окружающей среды в каждой конкретной точке планеты предоставляют возможность создавать устройства, которые используют для своего функционирования перепады температуры;
- …
- №3. Основан на совместном использовании технологий п.1 и п.2:
- Самый перспективный, хотя и самый технологически и философски сложный для понимания. Вначале необходимо энергию накопить, причём накопить из одного источника, а использовать для нужд другого источника.
- …
- №4. Основан на использовании плотей, отличных от известного нам вещества:
Примеры «вечных» двигателей
Примеры устройств, функционирование которых основано на использовании перемещения в пространстве масс вещества (№1) хорошо известны читателям и поэтому я не буду останавливаться на их описании. Более детально я остановлюсь на описании устройств, использующих для своего функционирования изменения в пространстве параметров вещества (№2).
Часы Джеймса Кокса, как пример «вечного» устройства, которое использует для своего функционирования перепады атмосферного давления
Когда знаменитый лондонский часовщик Джеймс Кокс (1723—1800) — известный лондонский ювелир, золотых дел мастер и изобретатель построил свои часы «вечного» движения в 1774 году, они работали в точности так, как описывала сопроводительная документация, объясняющая, почему эти часы не нуждаются в подзаводке. Документ на шесть страниц пояснял, как часы были созданы на основе «механических и философских принципов». Это были часы с настоящим «вечным» двигателем. Двигающей силой служила ртуть, перемещавшаяся под влиянием атмосферного давления из стеклянного сосуда в стеклянную трубку. Заключенные в стекле, которое защищало внутренние рабочие компоненты от пыли, позволяя на них также смотреть, часы работали от перемен в атмосферном давлении. Если ртутный столбик рос или падал внутри часового барометра, движение ртути поворачивало внутренние колесики в том же направлении, частично заводя часы. Если часы заводились постоянно, шестерни выходили из пазов, пока цепь не ослаблялась до определенной точки, после чего все вставало на свои места и часы снова начинали заводить себя.
По своему внешнему виду часы ничем не отличались от других существовавших в то время часов. Но в самом механизме имелись существенные отличия. Создан он был таким образом, чтобы свести к минимуму трение, а в последствии, и износ деталей. Механизм рассчитывался на очень долгую работу: детали не нуждались в смазке, а подшипники изготовлены на драгоценных минералах. Имелся пыленепроницаемый стеклянный колпак, который увеличивал запас долговечности, ведь трение запыленных поверхностей вызывало износ, и ускоряло порчу часов.
Интересно, что самой неожиданной и серьёзной проблемой, с которой столкнулся конструктор, стало то, что незначительные изменения атмосферного давления, для большинства людей просто неощутимые, оказались слишком мощной силой для нормальной работы механизма подзавода. Чтобы вращение колеса не стало слишком быстрым (это могло привести к разрыву цепи, на которой были закреплены грузы), Кокс добавил к механизму специальное устройство, выводившее колесо из зацепления, как только грузы поднимались до верхней точки траектории движения. Вновь «включиться» колесо могло только тогда, когда грузы опускались вниз до определённой отметки.
Ртуть — самая тяжелая жидкость на Земле. Поэтому размер ртутного барометра намного меньше размера барометра с другой жидкостью. Также существует зависимость между площадью поверхности ртути в резервуаре часов и выделением энергии, которая способна совершать полезную работу: чем больше площадь, тем больше выделяется энергии при подъеме и опускании ртути. Поэтому в барометре, который приводил в действие «Вечные» часы Кокса, находилось примерно 150 фунтов ртути. Хорошо выполненный барометр может работать «вечно» (если его не уронить или разбить), так как его части не изнашиваются. Теперь обратимся конкретно к самим часам. Самозавод в часах Джеймса Кокса осуществлялся при помощи присоединенного к нему барометра. Конструкция всего механизма часов была устроена так, вне независимости от того, опускается или поднимается ртуть в барометре, колесо, которое соединяло барометр с часовым механизмом, постоянно вращалось в одном и том же направлении. Поэтому грузы всегда поднимались вверх, сообщая движение часам.
На рисунке изображён общий вид «Вечного Двигателя» и «барометрический механизм подзавода» (слева). Важные элементы устройства — два рычага — качения Аа и Bb. К концу каждого из этих рычагов при помощи стержней присоединена рама F, установленная на шарнире. К самой раме прикреплена колба барометра H, трубка её опущена в стеклянный сосуд К с ртутью, который подвешен на стержнях к рычагам-качения. Непосредственно сам способ соединения узлов и элементов механизма — важная часть изобретения. Стержни, которые поддерживают колбу, закреплены в точках А и b; сосуд установлен в подвешенном состоянии в противоположных концах рычагов — В и а. Такое соединение рычагов с элементами барометра приводит к подъему колбы, которая заставляет сосуд опускаться, и, наоборот, если колба опускается, сосуд поднимается, так как один конец рычага двигается вверх, а другой — вниз. Сосуд открыт сверху и под действием атмосферного давления часть ртути попадает в колбу. Тогда увеличивается вес колбы, и она движется вниз, а если ртуть течёт из колбы в сосуд — колба легчает и поднимается вверх. Рама F с присоединенной к ней рамой М (часть механизма подзавода) вместе с колбой поднимаются и опускаются. В раме М расположен прямоугольный вырез с нарезанными зубьями на его внутренних сторонах. На одной стороне выреза зубья смотрят вверх, на другой — вниз.
Когда рама опускалась, зубья, направленные вниз, зацеплялись с зубьями колеса N, когда поднималась в зацепление входили зубья, направленные вверх. Колесо при этом постоянно поворачивалось по часовой стрелке. Сама рама М двигалась между четырьмя фрикционами, поддерживающими ее в вертикальном положении. В механизме есть стопор О, предотвращающий проворот колеса в противоположном направлении. За колесом N находится звездочка или блок, который поддерживал замкнутую цепь. Цепь проходила над блоками UU, потом под блоками S и s, над блоками W и затем над осью колеса R, приводящее при помощи гири T, часы в действие. Гиря t — пустой медный ящичек, располагалась на другой стороне цепи и служила противовесом, который натягивал часть цепи. Гиря Т — тот же ящичек, но со свинцом и одна её половина силы тяжести воздействовала на часть цепи 5 и 6, вторая— на 7 и 8.
Все элементы механизма движутся таким образом, чтобы часы смогли работать без подзавода на протяжении целого года (а гиря Т при этом опускалась из верхнего положения на дна корпуса часов). Однако изменение атмосферного давления, которое приводит в действие механизм подзавода с помощью зубчатой рамы, обеспечивает постоянное движение гири вверх.
И для решения этого вопроса Кокс сконструировал колесо так, чтобы оно поворачивалось на своей оси свободно; и вращение могло начинаться, только если предохранитель (защелка) падала на храповое колесо. Предохранитель поднимался с храповика и останавливал вращение колеса тогда, когда верх рамы блока 5 прикасался к стержню X. На всех этапах работы механизма «вечных» часов необходимо было сохранение устойчивого равновесия его элементов. Поэтому рама М уравновешивалась гирей на цепи, которая проходила через блок Y , расположенного в верхней части системы.
В 1961 году часы приобрёл музей Виктории и Альберта и сделал их государственной собственностью.
Часы АТМОС (ATMOS, Jaeger-LeCoultre), как пример «вечного» устройства, которое использует для своего функционирования перепады атмосферной температуры
В 1928 году инженер из швейцарского городка Невшатель по имени Жан-Леон Ройттер сконструировал часы, работающие буквально на воздухе. Прошло ещё несколько лет, и Jaeger-LeCoultre претворили идею в техническую форму, которую уже можно было запатентовать. Но главное, довели её до такого совершенства, что Атмос практически достиг заветного вечного движения, перпетуум-мобиле. И в 1936 году началось производство Атмосов.
Технический принцип просто обворожителен: внутри герметически запаянной капсулы находится смесь газа и жидкости (этилхлорид) которая расширяется с повышением температуры и сокращается при её падении, что заставляет капсулу двигаться как концертино. Это движение постоянно подкручивает пружину. Достаточно разницы температуры всего в один градус в пределах 15-30°С, чтобы хватило завода на два дня хода.
Чтобы превратить такое ничтожное количество энергии в движение, все детали в Атмосе должны быть настроены точнейшим и тончайшим способом. Например, маятник производит только 2 крутильных колебания в минуту, что в 150 раз меньше, чем маятник обычных часов. Так что не удивительно, что 60 миллионов Атмосов вместе взятых потребляют не больше энергии, чем 15-ваттная лампочка накаливания.
Все остальные части также, не только выполнены с ювелирной точностью, но и практически не подвергаются износу. Таким образом, можно ожидать прекрасной работы в течение порядка 600 лет.
Атмос — настоящий шедевр часового искусства, с его элегантностью форм и точностью деталей. Каждый Атмос по-прежнему делается полностью вручную и для изготовления некоторых моделей уходит целый месяц. Не говоря уже о том, что каждый Атмос проходит затем проверку и настройку в течение 5 недель и только после этого выходит в свет.
Только после этого, когда верховные часовые мастера Jaeger-LeCoultre удовлетворены качеством и удостоверяют это своей подписью, очередному Атмосу можно покинуть мастерскую. После чего многие из них попадают в лучшие дома, поскольку вот уже десятилетиями страна, наиболее известная в мире своими часами, презентует своим почётным гостям этот шедевр швейцарского искусства.
В ряду счастливых обладателей Атмосов были такие известные личности как Джон Кеннеди, сэр Винстон Черчилль, генерал Шарль де Голь и Чарли Чаплин.
Часы ATMOS производятся и по сей день в разных вариациях калибров и названий моделей.