Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии - Виктор Бродянский

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 «самопроизвольного» 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?

Рис. 5.17. «Опыт Крапивина»: а — рассол нагревается паром до 110 °С; б — рассол нагревается паром до 100° С 

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 заметке. 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 термодинамики[90]. Создать на его базе ppm-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.

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

Устройство некоторых из таких игрушек подробно описывается в литературе. Примером может служить модель магнитного ppm-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 ppm 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.

Рис. 5.18. «Вечный двигатель» из велосипедного колеса

Всем желающим было предложено отгадать секрет движения колеса. Была установлена и премия: годовая бесплатная 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 ppm 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.