Movimento perpétuo

O movimento perpétuo descreve máquinas hipotéticas que fazem funcionar ou produzem o trabalho útil indefinidamente e, mais geralmente, máquinas hipotéticas que produzem mais trabalho ou energia do que consomem, se poderiam funcionar indefinidamente ou não.

Há um consenso científico que o movimento perpétuo em um sistema isolado violaria a primeira lei da termodinâmica e/ou a segunda lei da termodinâmica. As máquinas que extraem a energia de fontes aparentemente perpétuas — como correntes oceânicas — são capazes do movimento "perpetuamente" (contanto que aquela própria fonte de energia dura), mas não se considera que são máquinas de movimento perpétuas porque estão consumindo a energia de uma fonte externa e não são sistemas isolados. (Na verdade, nenhum sistema pode estar alguma vez um sistema totalmente isolado.) Semelhantemente máquinas que cumprem com ambas as leis da termodinâmica mas a energia de acesso de fontes obscuras é como máquinas de movimento às vezes perpétuas referida, embora também não encontrem os critérios padrão do nome.

Apesar de que o sistema isolado bem sucedido os dispositivos de movimento perpétuos são fisicamente impossíveis quanto à nossa compreensão atual das leis da física, a perseguição do movimento perpétuo permanece popular.

Princípios fundamentais

Há um consenso científico que o movimento perpétuo em um sistema isolado viola a primeira lei da termodinâmica, a segunda lei da termodinâmica ou ambos. A primeira lei da termodinâmica é essencialmente uma declaração da conservação da energia. A segunda lei pode expressar-se de vários modos diferentes, o mais intuitivo dos quais é que fluxos de calor espontaneamente do mais quente a lugares mais frios; a afirmação o mais bem conhecida é que a entropia tende a aumentar (ver a produção de entropia), ou no mínimo fique o mesmo; outra afirmação é que nenhum motor de calor (um motor que produz o trabalho movendo o calor de uma alta temperatura a uma temperatura baixa) pode ser mais eficiente do que Carnot aquece o motor.

Em outras palavras:

  1. Em qualquer sistema isolado, não pode criar a nova energia (a primeira lei da termodinâmica)
  2. A potência de saída de motores de calor sempre é mais pequena do que o poder de aquecimento de entrada. O resto da energia retira-se como calor na temperatura ambiente. A eficiência (isto é o poder produzido dividido pelo poder de aquecimento de entrada) tem um máximo, dado pela eficiência de Carnot. Sempre é mais baixo do que um
  3. A eficiência de verdadeiros motores de calor é até mais baixa do que a eficiência de Carnot devido a processos irrevogáveis.

As declarações 2 e 3 só se aplicam a motores de calor. Outros tipos de motores, que convertem p. ex. mecânico na energia eletromagnética, podem funcionar, em princípio, com a eficiência de 100%.

As máquinas que cumprem com ambas as leis da termodinâmica acessando a energia de fontes não convencionais são como máquinas de movimento às vezes perpétuas referidas, embora não encontrem os critérios padrão do nome. Por meio do exemplo, os relógios e outras máquinas de poder baixo, como o cronômetro de Cox, projetaram-se para correr nas diferenças em pressão atmosférica ou temperatura entre noite e dia. Estas máquinas têm uma fonte de energia, embora aquele que não é prontamente evidente para que só pareçam violar as leis da termodinâmica.

As máquinas que extraem a energia de fontes aparentemente perpétuas - como correntes oceânicas - de fato são capazes do movimento "perpetuamente" até que aquela fonte de energia pare. Não se considera que são máquinas de movimento perpétuas porque estão consumindo a energia de uma fonte externa e não são sistemas isolados.

Classificação

Uma classificação de máquinas de movimento perpétuas refere-se à determinada lei da termodinâmica que as máquinas significam violar:

Uma categoria mais obscura é uma máquina de movimento perpétua da terceira espécie, normalmente (mas não sempre) definido como aquela que completamente elimina a fricção e outras forças de dissipative, para manter o movimento para sempre (devido ao seu torpor de massa). O terço neste caso refere-se sozinho à posição no acima mencionado esquema de classificação, não a terceira lei da termodinâmica. Embora seja impossível fazer tal máquina, como a dissipação nunca pode ser 100% eliminados em um sistema mecânico, é no entanto possível vir muito perto deste ideal (ver exemplos na seção de Fricção Baixa). Tal máquina não serviria de uma fonte de energia mas teria utilidade como um dispositivo de armazenamento de energia perpétuo.

Uso do têrmo "impossível" e movimento perpétuo

Conhece-se que a nossa formulação atual das leis da física (chamado "O Modelo Padrão") é incompleta. Afirmar que as coisas físicas são absolutamente impossíveis muitas vezes considera-se não científico. Contudo, o têrmo "epistemic impossibilidade" usa-se para descrever aquelas coisas que absolutamente não podem ocorrer dentro do contexto da nossa formulação atual das leis físicas. Esta interpretação da palavra "impossível" é o que se destina em discussões da impossibilidade do movimento perpétuo em um sistema fechado.

As leis de conservação são especialmente robustas de uma perspectiva matemática. O teorema de Noether, que se provou matematicamente em 1915, afirma que qualquer lei de conservação pode conseguir-se de uma simetria contínua correspondente da ação de um sistema físico. Isto significa que se as leis da física (não simplesmente a compreensão atual deles, mas as leis reais, que ainda podem ser encobertas) e várias constantes físicas permanecem invariáveis dentro de algum tempo — se as leis do universo se fixarem — então as leis de conservação devem manter-se. De outro lado, se as leis de conservação são inválidas, então a maior parte da física moderna seria incorreta também.

As investigações científicas quanto a se as leis da física são invariáveis dentro de algum tempo usam telescópios para examinar o universo no passado distante para descobrir, aos limites das nossas medições, se as estrelas antigas foram idênticas a estrelas hoje. Combinando medições diferentes como espectroscopia, a medição direta da velocidade da luz nas medições passadas e semelhantes demonstra que a física permaneceu substancialmente o mesmo, se não idêntico, para todo de medindo por palmos de história observável trilhões de anos.

Os princípios da termodinâmica assim estabelecem-se bem, tanto teoricamente como experimentalmente, que as propostas de máquinas de movimento perpétuas se encontram universalmente com a descrença da parte de físicos. Qualquer desenho de movimento perpétuo proposto oferece um desafio potencialmente instrutivo a físicos: cada um está quase completamente seguro que não pode trabalhar, portanto deve explicar como não consegue trabalhar. A dificuldade (e o valor) de tal exercício depende da sutileza da proposta; os melhores tendem a resultar de próprios experimentos de pensamento de físicos e muitas vezes derramar a luz sobre certos aspectos da física. Deste modo, por exemplo, o experimento de pensamento de uma catraca de Brownian como uma máquina de movimento perpétua discutiu-se primeiro por Gabriel Lippmann em 1900 mas foi não antes de 1912 Marian Smoluchowski deu uma explicação adequada para porque não pode trabalhar. Contudo, durante aquele período de doze anos os cientistas não acreditaram que a máquina foi possível. Simplesmente ignoravam o mecanismo exato pelo qual falharia inevitavelmente.

Técnicas

Algumas ideias comuns ocorrem repetidamente em desenhos de máquina de movimento perpétuos. Muitas ideias que continuam aparecendo hoje afirmaram-se tão cedo como 1670 por John Wilkins, Bispo do Chester e funcionário da Sociedade real. Delineou três fontes potenciais de poder de uma máquina de movimento perpétua, "Extrações Chymical", "Virtudes de Magnetical" e "o Afeto Natural da Gravidade".

A capacidade aparentemente misteriosa de magnetos de influir no movimento em uma distância sem qualquer fonte de energia evidente apelou muito tempo a inventores. Um dos exemplos mais primeiros de um sistema usando magnetos propôs-se por Wilkins e copiou-se largamente desde então: compõe-se de uma rampa com um magneto em cima, que puxou um metal embaralham a rampa. Perto do magneto foi um pequeno buraco que se supôs permitir à bola cair abaixo da rampa e voltar ao fundo, onde uma aba lhe permitiu voltar ao topo novamente. O dispositivo simplesmente não pode funcionar: qualquer magneto bastante forte para puxar a bola a rampa seria necessariamente demasiado potente para permitir-lhe cair pelo buraco. Enfrentante este problema, as versões mais modernas tipicamente usam uma série de rampas e magnetos, posicionados portanto a bola deve transmitir-se de um magneto ao outro quando se move. O problema permanece o mesmo.

A gravidade também atua em uma distância, sem uma fonte de energia evidente. Mas adquirir a energia fora de um campo gravitacional (por exemplo, deixando um objeto pesado, produzindo a energia cinética como cai) tem de pôr a energia em (por exemplo, levantando o objeto), e alguma energia sempre se dissipa no processo. Uma aplicação típica da gravidade em uma máquina de movimento perpétua é a roda de Bhaskara no 12o século, cuja ideia-chave é um tema que ocorre, muitas vezes chamado a roda preponderada: os pesos móveis anexam-se a uma roda de tal modo que caem a uma posição além disso do centro da roda de uma metade da rotação da roda, e mais perto ao centro de outra metade. Desde que os pesos além disso do centro aplicam um maior torque, o resultado é (ou seria, se tal dispositivo funcionasse) que a roda faz girar para sempre. Os pesos móveis podem ser martelos em braços revolvidos, ou bolas rolantes ou mercúrio em tubos; o princípio é o mesmo.

Ainda outra máquina teórica implica um ambiente frictionless do movimento. Isto implica o uso de diamagnetic ou levitação de eletroímã para fazer flutuar um objeto. Isto faz-se em um vácuo para eliminar a fricção aérea e a fricção de um eixo de roda. O objeto levitado então é livre de girar em volta do seu centro da gravidade sem interferência. Contudo, esta máquina não tem objetivo prático porque o objeto feito girar não pode fazer nenhum trabalho como o trabalho necessita o objeto levitado de causar o movimento em outros objetos, trazendo a fricção no problema. Além disso, um vácuo perfeito é uma meta inalcançável desde que tanto o container como o próprio objeto se vaporizariam lentamente, por meio disso degradando o vácuo.

Para extrair o trabalho do calor, assim produzindo uma máquina de movimento perpétua da segunda espécie, a maior parte de abordagem comum (datando pelo menos do demônio de Maxwell) é unidirectionality. Só as moléculas que se movem bastante rápido e na direção direita se permitem pela porta de armadilha do demônio. Em uma catraca de Brownian, forças que tendem a virar a catraca um caminho é capaz de fazer assim enquanto as forças em outra direção não são. Um díodo em um banho de calor permite por correntes em uma direção e não o outro. Estes esquemas tipicamente falham de dois modos: qualquer manutenção do unidirectionality custa a energia (a luz de necessidades de demônio de Maxwell para olhar para todas aquelas partículas e ver o que estão fazendo), ou o unidirectionality é uma ilusão e as grandes violações ocasionais compensam as pequenas não-violações frequentes (a catraca de Brownian será sujeita a forças de Brownian internas e por isso virará às vezes o caminho incorreto).

O poder de flutuação é outro fenômeno frequentemente mal compreendido. Algumas máquinas de movimento perpétuo propostas faltam ao fato que para premer um volume de ar em um fluido toma o mesmo trabalho para levantar um volume correspondente de fluido contra a gravidade. Estes tipos de máquinas podem implicar duas câmaras com pistões e um mecanismo para apertar o ar fora da câmara superior no fundo um, que então fica flutuante e flutua ao topo. O mecanismo que espreme nestes desenhos não seria capaz de fazer bastante trabalho para abaixar o ar ou não deixaria nenhum trabalho excessivo disponível para extrair-se.

História de invenção

O bávaro do 8o século "roda mágica" foi um disco montado em um eixo de roda acionado por magnetitas, afirmou ser capaz de girar para sempre.

O matemático-astrônomo índio, Bhāskara II, descreveu uma roda, datando até 1150, que correria para sempre.

Villard de Honnecourt em 1235 descrito, em um manuscrito de 33 páginas, uma máquina de movimento perpétua da primeira espécie. A sua ideia foi baseada no torque que se modifica de uma série de pesos anexados com dobradiças à borda de uma roda. Ascendendo suspenderiam perto da roda e teriam pouco torque, mas tombariam depois de conseguir o topo e afrouxariam a roda na descida devido ao seu maior torque durante a balança. O seu dispositivo criou vários imitadores que continuaram refinando o design básico.

Depois do exemplo de Villard, Peter de Maricourt projetou um globo magnético que quando montado sem fricção paralela ao eixo celestial giraria uma vez por dia e serviria de uma esfera armillary automática.

Em 1607 Cornelius Drebbel "Na Maravilha-vondt van de eeuwighe bewegingh" dedicou uma máquina de movimento de Perpetuum a James I de Inglaterra. Descreveu-se por Heinrich Hiesserle von Chodaw em 1621. Também no 17o século, o frasco autofluente proposto de Robert Boyle significa encher-se por meio da ação de sifão e Blaise Pascal introduziu uma forma primitiva da roleta e a roda de roleta na sua procura de uma máquina de movimento perpétua.

No 18o século, Johann Bessler (também conhecido como Orffyreus) criou uma série de máquinas de movimento perpétuas reclamadas. Em 1775 a Academia Real de Ciências em Paris emitiu a afirmação que a Academia "não aceitará já ou tratará com propostas acerca do movimento perpétuo".

No 19o século, a invenção de máquinas de movimento perpétuas tornou-se uma obsessão de muitos cientistas. Muitas máquinas projetaram-se baseadas na eletricidade. John Gamgee desenvolveu Zeromotor, uma máquina de movimento perpétua da segunda espécie. A invenção destas máquinas é um passatempo favorito de muitos excêntricos, que muitas vezes inventavam máquinas complicadas no estilo de Rube Goldberg ou Heath Robinson. Tais desenhos pareceram trabalhar no papel, embora várias falhas ou ofuscassem fontes de energia externas entendem-se consequentemente ter-se incorporado na máquina (involuntariamente ou intencionalmente).

Patentes

As propostas de tais máquinas inoperáveis ficaram tanto comum que a Patente dos Estados Unidos e a Marca de comércio Office (USPTO) fizeram uma política oficial do refugo conceder patentes de máquinas de movimento perpétuas sem um modelo de trabalho. O Manual USPTO de estados de Prática de Exame Evidentes:

E, além disso, que:

O arquivamento de um pedido de patentes é uma tarefa clerical, e o USPTO não recusará o enchimentos de máquinas de movimento perpétuas; a aplicação vai se arquivar e logo o mais provavelmente vai se rejeitar pelo examinador evidente, depois que fez um exame formal. Mesmo se uma patente se conceder, não significa que a invenção de fato trabalha; somente significa que o examinador pensa que trabalha, ou que não pode compreender porque não trabalharia.

O USPTO mantém uma coleção de Aparelhos de Movimento Perpétuos como Sumário 9 na Classe 74

O USPTO concedeu algumas patentes de motores que se afirmam correr sem entrada de energia líquida. Alguns destes são:

Em 1979, Joseph Newman arquivou um Pedido de patentes dos Estados Unidos da sua "máquina de energia" que inequivocamente reclamou a operação de sobreunidade, onde a potência de saída excedeu a entrada de energia; afirmou-se que a fonte de energia fosse os átomos do condutor de cobre da máquina. A Patente Office rejeitou a aplicação depois do Escritório Nacional de Padrões mediu a entrada elétrica para ser maior do que a produção elétrica. Newman desafiou a decisão no tribunal e perdeu.

Outros escritórios evidentes em volta do mundo, como a Patente de Reino Unido Office, têm práticas semelhantes. A seção 4.05 do Manual UKPO de estados de Prática Evidentes:

Os exemplos de decisões da Patente britânica Office para recusar pedidos de patentes de máquinas de movimento perpétuas incluem:

: Decisão BL O/044/06, a aplicação de John Frederick Willmott n° 0502841

: Decisão BL O/150/06, a aplicação de Ezra Shimshi n° 0417271

A Classificação Evidente europeia (ECLA) tem classes inclusive pedidos de patentes em sistemas de movimento perpétuos: classes de ECLA "F03B17/04: perpetua Alegado mobilia..." e "F03B17/00B: [... máquinas ou motores] (com circulação de malha fechada ou semelhante:... as instalações em que o líquido circula em uma malha fechada; perpetua Alegado mobilia desta espécie ou semelhante...".

Exemplos recentes

Até o final do 19o século o têrmo "perpétuo de movimento" cada vez mais ficou associado com a fraude e desde então os inventores mencionaram dispositivos de movimento perpétuos usando várias alternativas como "sobreunidade", "a energia livre", "o zero aponta a energia". Aqui estão alguns exemplos representativos de desenhos de movimento perpétuos propostos contemporâneos:

Máquinas de movimento perpétuas evidentes

Embora totalmente respeitem as leis da termodinâmica, há alguns dispositivos conceptuais ou verdadeiros que parecem estar "no movimento perpétuo." A análise mais fechada revela que de fato "consomem" algum tipo de recurso natural ou energia latente, como as mudanças de fase de água ou outros fluidos ou pequenos declives de temperatura naturais. Em geral, extrair grandes volumes de trabalho usando estes dispositivos é difícil ao impossível.

Consumação de recurso

Alguns exemplos de tais dispositivos incluem:

Fricção baixa

Experimentos de pensamento

Em alguns casos um pensamento (ou "gedanken") o experimento parece sugerir que o movimento perpétuo pode ser possível pelo aceito e entendeu processos físicos. Contudo, em todos os casos, uma falha encontrou-se quando toda da física relevante se considera. Os exemplos incluem:

Supressão de energia livre

Como as reclamações de movimento perpétuas estiveram em volta por algum tempo, as teorias de conspiração muitas vezes invocam-se para explicar a falta da aceitação e/ou a disponibilidade de tal tecnologia.

Galeria

Isto é uma galeria de alguns planos de máquina de movimento perpétuos.

Image:Perpetuum1.png|The "Roda Preponderada". Acreditou-se que as bolas metálicas no lado direito girariam a roda por causa do braço de alavanca mais longo, mas desde que o lado abandonado tinha mais bolas do que o lado direito, o torque equilibrou-se e o movimento perpétuo não pode realizar-se.

Image:Prepex2.svg|The "Cinto de Bóia". Os blocos amarelos indicam floaters. Acreditou-se que o floaters aumentaria pelo líquido e viraria o cinto. Contudo empurrar o floaters na água no fundo necessitaria mais energia do que a flutuação pode gerar.

Image:Boyle'sSelfFlowingFlask.png|The "Boliche Capilar". Acreditou-se que a ação capilar guardaria a água que flui no tubo, mas desde que a força de coesão que desenha o líquido o tubo em primeiro lugar mantém a gotinha de lançar no boliche, o fluxo não é perpétuo.

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Também ver

Notas

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