به عشق فیزیک

از کوارک‌ تا کیهان‌، همراه با مطالب و مقالات جذاب علمی - ترویجی - آموزشی

به عشق فیزیک

از کوارک‌ تا کیهان‌، همراه با مطالب و مقالات جذاب علمی - ترویجی - آموزشی

به عشق فیزیک

هدف این وبلاگ ارائه‌ی مطالب، مقالات، تصاویر و ویدیوهای علمی - ترویجی و آموزشی مرتبط با دنیای فیزیک، ستاره‌شناسی و ریاضیات است.

نویسندگان
  • ۱
  • ۰

ماشین‌های کار دائم

لپ‌تاپی که نیاز به منبع انرژی ندارد.

ماشین‌های کار دائم

مقدمه

حتماً تا حالا دیدین که میشه گوشی‌ موبایل یا تبلت رو از طریق کابل USB که به لپ‌تاپ وصل شده، شارژ کرد. اما شده به این فکر کنید که چی میشه اگه با یک چنین روشی باتری خود لپ‌تاپ رو هم شارژ کرد؟ یعنی یک سر کابل رو به پورت USB و سر دیگه رو به پورت شارژ متصل کنیم و به این ترتیب باتری رو از طریق خودش شارش کنیم (تصویر پایین). در این صورت دیگه نیازی به برق نیست و میشه لپ‌تاپ رو تا هر مدت زمانی بدون برق روشن نگه داشت. احتمالاً پیش خودتون به سلامت عقل من شک کردین! 😊 ولی پیشنهاد می‌کنم یک سر به لینک‌های زیر که مربوط به خبرگزاری‌های معتبر کشور هم هست، بزنید:


http://www.yjc.ir
http://barghnews.com
http://barghnews.com


اتفاقاً تلویزیون (رسانه‌ی ملی) هم از بعضی از این اخبار پوشش گسترده‌ای انجام داده و در چند بخش خبری در موردشون صحبت شده و حتی با مخترعان‌شون هم مصاحبه کرده. از این دست مخترعان در طول چند قرن اخیر کم نبودند و تقریباً در همه‌ جای دنیا هم شاهدشون بودیم و هستیم. اگر صحبت‌هاشون رو بشنویم یا نوشته‌هاشون رو بخونیم تقریباً همگی به اتفاق مدعی هستند که اختراع‌شون فوق‌العاده ارزشمنده و از طرف کشورهای پیشرفته‌ی جهان پیشنهادهای مالی خیلی کلان (حتی چند میلیارد دلاری!) برای ارائه‌ی طرح‌شون دریافت کردن. و صد البته همه رو هم به خاطر خدمت به وطن‌شون رد کردن! اما اون چیزی که در واقعیت شاهدش هستیم اینه که این دسته از اختراعات هیچ‌وقت به تولید انبوه نرسیدن و به جز ادعاهای مخترع‌شون هیچ شاهد دیگه‌ای از موفقیت‌شون وجود نداره. اما دلیلش چیه؟


توی فیزیک به چنین ماشین‌هایی «ماشین‌ کار دائم» (یا ماشین حرکت دائم) گفته میشه. از زمانی که ادعای اختراع چنین ماشین‌هایی خیلی بالا گرفته بود، اداره‌ی ثبت اختراعات آمریکا (USPTO) اعلام کرد که دیگه چنین ادعاهایی رو بررسی نمی‌کنه. مجامع علمی آکادمیک هم چنین مخترعان و اختراعات‌شون رو جدی نمی‌گیرن و به کار و ادعاشون بها نمی‌دن. دلیلش اینه که ماشین‌های کار دائم ناقض قانون‌های ترمودینامیک هستند و اتفاقاً این قانون‌ها جزو مهم‌ترین و خدشه‌ناپذیرترین اصول فیزیک به شمار میان و جزو فرض‌های بنیادین نظریه‌های اساسی فیزیک هستند. در بین میلیون‌ها میلیون تجربه و مشاهده‌ی مختلف، تا حالا حتی یک مورد نقض این قوانین مشاهده نشده. در واقع دو نوع ماشین کار دائم وجود داره که در ادمه به بررسی اون‌ها و رابطه‌ای که با قوانین ترمودینامیک دارن می‌پردازیم.

ماشین کار دائم از نوع اول

دستگاهی رو تصور کنید که در قسمت بالای اون یک مخزن آب تعبیه شده؛ و آب از طریق مجرایی به سمت پایین جاری میشه. جریان آب در مسیر خودش یک پروانه رو حرکت میده که از طریق یه محور هم‌زمان به یک ژنراتور و یک پمپ متصل هست و در نهایت آب درون تشتی که در قسمت پایین دستگاه قرار گرفته جمع میشه. ژنراتور برق تولید می‌کنه و میشه ازش برای مصارف مختف استفاده کرد و پمپ هم آبِ جمع شده داخل تشت رو دوباره به مخزن بالای دستگاه برمی‌گردونه. این خیلی شبیه اولین مثالی هست که در پاراگراف اول بهش اشاره شد: لپ‌تاپی که از طریق کابل متصل به پورت USB خودش، باتری‌شو شارژ می‌کنه. باتری نقش مخزن بالای دستگاه رو داره و برق تولیدیش توسط مادربورد تقسیم میشه. یه قسمتش سیستم رو راه اندازی می‌کنه و بخش دیگه‌ از طریق پورت USB دوباره باتری رو شارژ می‌کنه.

ماشین حرکت دائمی


همون طور که حدس زدید، هردوی این فرآیند در صورتی که اتفاق بیفتند، یکی از بنیادی‌ترین و محکم‌ترین اصول فیزیک، یعنی «اصل پایستگی انرژی» رو نقض می‌کنند. اصل پایستگی انرژی بیانی از قانون اول ترمودینامیک هست که در شرایط مختلف بعد از تعداد بسیار زیادی آزمایش و مشاهده‌ی مختلف که تاحالا انجام شده، هیچ‌وقت نقضش مشاهده نشده. بر اساس اصل پایستگی انرژی، مقدار انرژی در یک سیستم بسته، در هیچ فرآیندی نه از بین میره و نه خلق میشه؛ فقط از صورتی به صورت دیگه و از نوعی به نوع دیگه تبدیل میشه؛ اما مقدار اولیه‌اش همیشه ثابت می‌مونه. از اونجایی که جهان هم یک سیستم بسته هست، اصل پایستگی انرژی برای کل جهان هم برقراره.


در مثال شارژ باتری لپ‌تاپ، می‌دونیم که مقداری از انرژی باتری صرف راه‌اندازی قطعات مختلف سیستم میشه و همچنین مقدار عمده‌ای از اون هم به صورت گرما و تابش و صوت و ... از سیستم خارج میشه. بنابر این اون مقدار انرژی الکتریکی که باقی می‌مونه تا از طریق پورت USB دوباره باتری رو شارژ کنی، خیلی کمتر از انرژی اولیه است. بنابر این باتری به طور کامل شارژ نمیشه و بعد از مدت زمان کوتاهی همه‌ی انرژی الکتریکی مصرف میشه و لپ‌تاپ خاموش میشه.


تو مثال دوم که ظاهراً یک دستگاه تولید برق دائمی بود هم همین اتفاق می‌فته. انرژی‌ای که برای پمپ باقی می‌مونه خیلی کمتر از اونیه که بتونه دوباره همه‌ی آب داخل تشت زیری رو به مخزن بالا منتقل کنه. در ادامه به ماشین‌های کار دائم از نوع دوم می‌پردازیم.

ماشین کار دائم از نوع دوم

یک کشتی بخار‌ رو تصور کنید که انرژی گرمایی موتورهای خودش رو از منبع بی‌پایان انرژی موجود در آب دریا تأمین می‌کنه و به این ترتیب از منابع سوختی یا هسته‌ای و ... بی‌نیاز میشه. یا اینکه اتومبیلی رو تصور کنید که به صورت مشابه انرژی گرمایی موتورش رو از انرژی گرمایی موجود در مولکول‌های هوا تأمین می‌کنه و به این ترتیب می‌تونه برای همیشه حرکت کنه. در هیچ کدوم از این دو مثال قانون اول ترمودینامیک یا اصل پایستگی انرژی نقض نمیشه. در مولکول‌های آب دریا و اتمسفر زمین به اندازه‌ی کافی انرژی گرمایی وجود داره که بتونه همه‌ی کشتی‌ها و اتومبیل‌های روی زمین رو به حرکت در بیاره. اما چرا نمی‌تونیم از این ذخیره‌ی ‌پایان ناپذیر انرژی استفاده کنیم؟

ماشین حرکت دائم


جواب سؤال بالا در قانون دوم ترمودینامیک پنهانه. بر اساس قانون دوم ترمودینامیک به بیان کلوین – پلانک: «هیچ فرآیندی که تنها نتیجه‌ی اون جذب گرما از یک منبع و تبدیل همه‌ی این گرما به کار باشه، امکان پذیر نیست.»* برای قانون دوم بیان‌های مختلفی وجود داره که البته همگی هم‌ارز هستند. یکی از زیباترین و جهان‌شمول‌ترین این بیان‌ها بر اساس انتروپی هست. انتروپی کمیتی هست که در مکانیک آماری به عنوان معیاری از بی‌نظمی اجزای یک سیستم تعریف میشه. قانون دوم به بیان انتروپی به این صورت هست: مقدار انتروپی یک سیستم بسته هرگز کاهش پیدا نمی‌کنه. به همین دلیل قانون دوم ترمودینامیک رو معمولاً به عنوان «اصل کاهش‌ناپذیری انتروپی» می‌شناسیم. این اصل همچنین بیان میکنه که بازده مفید هیچ ماشینی نمی‌تونه ۱ باشه. یعنی همیشه مقداری از انرژی در فرآیند تبدیل به کار، تلف میشه و به صورت گرما به محیط منتقل میشه. بنابر این درتمام فرآیندهای طبیعی موجود در جهان، انتروپی کل جهان همواره افزایش پیدا می‌کنه و جهان مدام به سمت بی‌نظمی بیشتر پیش میره.


شاید عنوان نوع دیگری از ماشین‌های حرکت دائم رو هم شنیده باشید که گاهی به ماشین حرکت دائم از نوع سوم موسوم هست. باید خاطرنشان کرد که این نوع، مستقل از دو نوع بالا نیست و اون ماشینیه که همه‌ی انرژی اولیه رو صرف یک حرکت همیشگی می‌کنه و کار مفیدی انجام نمیده. اما بر اساس اون چیزی که در بالا گفته شد طبق قانون دوم، بازده هیچ ماشینی به ۱ نمی‌رسه. بنابر این چنین ماشینی رو نمی‌شه ساخت و نوعی ماشین ایده‌آل به حساب میاد.


به طور خلاصه، باید عنوان کنیم که به طور کلی دو نوع ماشین کار دائم قابل تصور هست که به دلیل اینکه هردو نوع، ناقض قوانین بنیادی طبیعت هست، هیچ وقت نمی‌تونن ساخته بشن. ماشین کار دائم از نوع اول ناقض قانون اول ترمودینامیک یا اصل پایستگی انرژی و نوع دوم ناقض قانون دوم ترمودینامیک یا اصل کاهش‌ناپذیری انتروپی هست.

مهدی موسوی

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
* زیمانسکی و دیتمن، حرارت و ترمودینامیک، ترجمه‌ی حسین توتون‌چی و دیگران، مرکز نشر دانشگاهی.

در لینک‌های زیر تعدادی ویدیو در مورد ماشین‌های حرکت دائمی که در طول تاریخ ساخته شده‌اند می‌توانید ببینید.

اما توجه داشته باشید که هیچ‌کدام از این ماشین‌ها نمی‌توانند تا ابد حرکت کنند.

نمونه‌ی ۱

نمونه‌ی ۲

نمونه‌ی ۳

نمونه‌ی ۴

نمونه‌ی ۵

نظرات (۱)

سلام
می خواستم بپرسم اگه ساخت ماشین حرکت دائمی امکان پذیر نیست پس این فیلم های زیاد تو اینترنت چیه

پاسخ:
سلام
اکثرشون اشاره دارن به سابقه‌ی تاریخی این موضوع. در واقع بازسازی انواع ماشین‌هایی هست که در گذشته تلاش شده برای این هدف ساخته بشه و همگی ناموفق بوده.

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی