Man mano che la scienza si sviluppa, le sue leggi coprono aree sempre più ampie, vengono raffinate, si avvicinano alle leggi della natura e diventano adeguate ad esse. In una forma generalizzata, la natura della connessione tra le leggi della natura e le leggi della scienza è stata chiaramente espressa da A. Einstein: "Le nostre idee sulla realtà fisica non possono mai essere definitive, e dobbiamo essere sempre pronti a cambiare queste idee". P. L. Kapitsa, che amava i paradossi, ha anche detto questo: "Non sono le leggi in sé che sono interessanti, ma le loro deviazioni".
Ma gli inventori del perpetuum mobile si sbagliano, contando su un cambiamento completamente possibile nelle leggi della scienza, che non consentono ancora il funzionamento delle macchine a moto perpetuo. Il fatto è che le leggi della scienza (in particolare la fisica) non vengono cancellate, ma integrate e sviluppate.
N. Bohr formulò una posizione generale (1923), riflettendo questa regolarità dello sviluppo della scienza: il principio di corrispondenza, che dice che ogni legge più generale include la vecchia legge come un caso speciale; esso (vecchio) si ottiene dal nuovo passando ad altri valori delle grandezze che lo definiscono.
L'approvazione della legge di conservazione dell'energia - la prima legge della termodinamica - ha reso i tentativi di creare una macchina a moto perpetuo del primo tipo assolutamente senza speranza. E sebbene stessero ancora andando avanti, la principale direzione del pensiero dei creatori di perpetuum mobile è cambiata. Nuove versioni di macchine a moto perpetuo stanno nascendo in pieno accordo con la prima legge della termodinamica: quanta energia entra in un tale motore, esattamente la stessa quantità ne esce.
Come sapete, la legge di conservazione dell'energia può essere formulata nella seguente forma alquanto modificata: per tutti i processi di conversione dell'energia, la somma di tutti i tipi di energia che partecipano a questo processo deve rimanere invariata. Una tale formulazione, sebbene non consenta la possibilità di creare energia dal nulla, lascia comunque aperta un altro modo di realizzare una macchina a moto perpetuo, il cui principio sarebbe basato sulla trasformazione ideale di una forma di energia in un'altra.
Era noto che il lavoro nei motori viene eseguito quando un corpo caldo cede calore a un gas o vapore e il vapore funziona, ad esempio, muovendo un pistone. Tuttavia, si è scoperto che non c'era modo di far passare l'energia da un corpo più freddo a uno più caldo. Ma per creare una macchina a moto perpetuo, è necessario che allo stesso tempo si lavori.
Come risultato dello sviluppo della termodinamica, basata sui lavori di Sadi Carnot, Rudolph Clausius ha dimostrato che è impossibile un processo in cui il calore passerebbe spontaneamente da corpi più freddi a corpi più caldi. Allo stesso tempo, non solo una transizione diretta è impossibile, ma è anche impossibile eseguirla con l'aiuto di macchine o dispositivi senza che si verifichino ulteriori cambiamenti in natura.
William Thomson (Lord Kelvin) formulò il principio dell'impossibilità di una macchina a moto perpetuo del secondo tipo (1851), poiché i processi sono impossibili in natura, la cui unica conseguenza sarebbe il lavoro meccanico eseguito raffreddando un serbatoio di calore.
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Indagare sulla questione di un nuovo tipo di mobile perpetuum all'inizio del XX secolo. studiò il famoso fisico e chimico tedesco Wilhelm Ostwald. Ha chiamato la macchina ideale, in grado di convertire ciclicamente e senza perdite, l'energia da una forma all'altra, ha chiamato una macchina a moto perpetuo del secondo tipo. Come puoi vedere, anche dopo il rifiuto della possibilità di creare una macchina a moto perpetuo del primo tipo, il problema del moto perpetuo rimane ancora aperto. Tuttavia, le macchine a moto perpetuo del primo e del secondo tipo sono già significativamente diverse l'una dall'altra. Se la funzione della macchina a moto perpetuo del primo tipo dichiarata non fattibile dagli scienziati consisteva nell'esecuzione continua di un lavoro utile senza reintegrare le riserve di energia da fonti esterne, allora solo la capacità di trasformare idealmente l'energia era richiesta dalla macchina a moto perpetuo del secondo tipo.
Secondo la prima legge della termodinamica, il calore è equivalente all'energia meccanica, quindi, senza contraddire il primo principio, è del tutto possibile costruire una macchina che prenda calore da un corpo che ha la temperatura dell'aria circostante, o, ad esempio, prenda calore dall'acqua da grandi serbatoi e funzioni a causa di questo lavoro meccanico. Se convertiamo di nuovo l'energia meccanica ricevuta in calore, sorge un ciclo chiuso di conversione dell'energia, basato sul principio di una macchina a moto perpetuo del secondo tipo.
Tuttavia, tali fenomeni non si incontrano mai nella vita di tutti i giorni. In una stanza calda, una bottiglia di latte tolta dal frigorifero si riscalda e un bicchiere di tè caldo si raffredda. Inoltre, un liquido freddo, quando riscaldato, abbassa impercettibilmente la temperatura dell'aria nella stanza e uno caldo la aumenta. Allo stesso tempo, non accade mai che un corpo freddo si raffreddi da solo o uno caldo si riscaldi. Per tale raffreddamento vengono utilizzate apposite unità frigorifere, che necessitano però di un costante approvvigionamento di energia da fonti esterne. Allo stesso tempo, il raffreddamento spontaneo di un freddo o il riscaldamento di un corpo caldo non contraddice affatto la prima legge della termodinamica. Pertanto, è ovvio che la formulazione di questa legge dovrebbe essere in qualche modo chiarita e integrata.
La seconda legge della termodinamica elimina l'incompletezza della legge di conservazione dell'energia, che non distingueva tra processi reversibili e irreversibili e quindi ha lasciato una speranza illusoria a chi non voleva sopportare l'impossibilità di creare un perpetuum mobile. Questo principio fisico impone una limitazione alla direzione dei processi che possono verificarsi nei sistemi termodinamici. La seconda legge della termodinamica vieta le cosiddette macchine a moto perpetuo del secondo tipo, dimostrando che l'efficienza non può essere uguale all'unità, poiché per un processo circolare la temperatura del frigorifero non può essere uguale allo zero assoluto (è impossibile costruire un ciclo chiuso passante per un punto a temperatura zero).
Esistono diverse formulazioni equivalenti della seconda legge della termodinamica:
Postulato di Clausius: "Un processo circolare è impossibile, l'unico risultato del quale è il trasferimento di calore da un corpo meno riscaldato a uno più riscaldato" (questo processo è chiamato processo di Clausius).
Postulato di Thomson (di Kelvin): "Un processo circolare è impossibile, l'unico risultato del quale sarebbe la produzione di lavoro raffreddando il serbatoio di calore" (questo processo è chiamato processo Thomson).
Un'altra formulazione della seconda legge della termodinamica si basa sul concetto di entropia:
"L'entropia di un sistema isolato non può diminuire" (la legge dell'entropia non decrescente). In uno stato di massima entropia, i processi irreversibili macroscopici (e il processo di trasferimento di calore è sempre irreversibile a causa del postulato di Clausius) sono impossibili.
Quando è stata creata la termodinamica statistica, che si basava su concetti molecolari, si è scoperto che la seconda legge della termodinamica ha un carattere statistico: è valida per il comportamento più probabile del sistema. L'esistenza di fluttuazioni ne impedisce la corretta implementazione, ma la probabilità di qualsiasi violazione significativa è estremamente ridotta. Cioè, la transizione del calore da un corpo freddo a uno più caldo è possibile, ma questo è un evento estremamente improbabile. E in natura si verificano gli eventi più probabili.
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