Номер 3, страница 217 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

3. Реально ли создание вечного двигателя?

3. Реально ли создание вечного двигателя?

Создание вечного двигателя (лат. Perpetuum Mobile) — гипотетического устройства, способного неограниченно долго совершать работу без потребления энергии извне — невозможно с точки зрения фундаментальных законов физики. Идея вечного двигателя была опровергнута с установлением законов термодинамики.

Различают два основных типа вечных двигателей:

1. Вечный двигатель первого рода — это устройство, которое производило бы больше энергии (в виде работы), чем потребляло. Такое устройство нарушало бы первый закон термодинамики, который является частным случаем закона сохранения энергии.

Первый закон термодинамики гласит, что количество теплоты ($Q$), переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение системой работы ($A$) над внешними телами:

$Q = \Delta U + A$

Вечный двигатель первого рода должен был бы совершать работу ($A > 0$) без подвода теплоты ($Q = 0$) и без уменьшения своей внутренней энергии ($\Delta U \le 0$ в циклических процессах). Это уравнение показывает, что невозможно получить работу из ничего; энергия не может быть создана, она может только переходить из одной формы в другую. Любая работа, совершаемая системой, требует эквивалентного расхода либо ее внутренней энергии, либо энергии, полученной извне.

2. Вечный двигатель второго рода — это гипотетическая машина, которая, будучи приведена в контакт с одним тепловым резервуаром, могла бы циклически совершать работу, полностью преобразуя теплоту, полученную от этого резервуара. Такое устройство не нарушает закон сохранения энергии, но противоречит второму закону термодинамики.

Второй закон термодинамики имеет несколько формулировок, одна из которых (постулат Кельвина) гласит: "Невозможен циклический процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара". Это означает, что для работы любого теплового двигателя необходимо наличие не только нагревателя (горячего резервуара), но и холодильника (холодного резервуара), которому будет передаваться часть теплоты, не превращенной в работу. Коэффициент полезного действия (КПД) любого теплового двигателя всегда меньше 100%.

Таким образом, второй закон запрещает полное преобразование тепловой энергии в работу в циклическом процессе. Все реальные процессы сопровождаются диссипацией энергии (например, из-за трения), то есть переходом упорядоченной энергии в хаотическую тепловую энергию, которая не может быть полностью снова использована для совершения работы.

Ответ: Нет, создание вечного двигателя невозможно, так как это противоречит фундаментальным законам природы — первому и второму законам термодинамики (закону сохранения энергии и закону о направлении тепловых процессов).