Квантовая теорема о запрете вечного двигателя

На модерации Отложенный

 

КВАНТОВАЯ ТЕОРЕМА О ЗАПРЕТЕ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Идея вечного двигателя. Идея вечного двигателя заключается в том, что двигатель может работать сколь угодно долгое время за счет энергии первого импульса (толчка). Сущность вечного двигателя основана на его особой конструкции, за счет которой первый импульс энергии приобретает свойство быть незатухающим источником энергии двигателя. Конструкции вечных двигателей основаны на сохранении энергии первоначального толчка и различаются по виду энергии (механические вечные двигатели, водяные вечные двигатели, электрические вечные двигатели и т.д.).

Терминология. Вечный двигатель это система сколь угодно долго производящая работу без притока энергии извне, т.е. это система с замкнутой по энергии обратной связью. Другое определение: вечный двигатель это система, в которой генератор энергии без диссипации питает энергией потребителя энергии, а потребитель энергии без диссипации возвращает энергию генератору, за счет чего энергия в системе приобретает свойство быть вечной. К вечным двигателям не относятся системы с возобновляемой внутри системы энергией, например, системы основанные на поступлении энергии из внешнего источника с бесконечным запасом энергии, в которых потребитель не возвращает источнику энергии полученную от него энергию. Двигатели, питающиеся энергией Солнца или приливной энергией океанских волн, не относятся к классу вечных двигателей, поскольку энергия в системах, основанных на Солнечной или приливной энергии, не возвращается к источникам энергии – Солнцу или океанским волнам. Кроме того, Солнце, после исчерпания внутренней энергии, прекратит существование, а вместе с ним прекратит существование в современном виде Земля и вода из ее океанов испариться в открытый космос, поэтому по классу вечности их энергия не является вечной. Также не относятся к классу вечных двигателей системы, в которых для исключения диссипации энергии, при ее передаче от генератора к потребителю и обратно, используются сверхпроводники, требующие определенных условий, например, по температуре. Если сверхпроводники, включенные в систему "вечный двигатель", требуют поступления энергии извне для их охлаждения или для нагрева, только при которых они приобретают свойства сверхпроводимости, они не могут быть частью закрытой по энергии системы, какой является система “вечный двигатель”.

Задача. Представим вечный двигатель в виде самозамкнутой системы состоящей из электрического двигателя–генератора — машины, создающей электрический ток и питающей этим током саму себя. Конструкция машины представляет собой электродвигатель, соединенный валом с электрическим генератором, и отключаемым внешним источником питания. Идея машины заключается в том, что от источника питания происходит запуск электрического двигателя, в результате чего вал совершает один оборот, после чего источник питания отключается.

В результате поворота вала генератор вырабатывает электрический ток, который поступает на обмотку электрического двигателя и электрический двигатель поворачивает вал. Далее цикл повторяется не ограниченное количество раз: вал совершает один поворот и генератор вырабатывает электрический ток, который поступает на обмотку электрического двигателя и электрический двигатель поворачивает вал.

Вопрос. Допустимо ли создание подобной машины с позиции квантовой физики?

Решение. Допустим, что энергия передается неделимыми порциями какой-либо величины. Эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными некоторого фундаментального значения — кванта энергии. Тогда для вращения вала электрического двигателя на его обмотку нужно подать два кванта энергии: один квант пойдет на создание момента одного оборота вала, второй – на преодоление силы механического трения вала, после чего внешний источник питания будет отключен. В соответствии с законом сохранения энергии в результате одного оборота вала генератор выработает один квант энергии, которая пойдет на питание электрического двигателя. В процессе передачи одного кванта энергии он будет затрачен на преодоление силы сопротивления проводника электрической энергии от генератора к электрическому двигателю и двигатель электрическую энергию не получит.

Вывод. В закрытой системе запрещено получение более одного кванта энергии от одного кванта энергии, если сохраняется действие закона сохранения энергии.

Пояснение к решению теоремы. Почему для запуска двигателя необходимо два кванта энергии? Можно предположить, что это может сделать один квант энергии – он крутит вал и он преодолевает силу трения вала, из чего следует, что он же индуцирует квант энергии от генератора и он же рассеивается в виде тепловой энергии, полученной от трения вала.

  Однако мы исходим из трех предпосылок:

  1. энергия квантуема, а квант энергии не делится, он и есть минимальная часть энергии;

  2. энергия сохраняется, из этого следует, что квант энергии не исчезает в нуль и из нуля не создается;

  3. для выполнения любой работы нужен как минимум один квант энергии, так как работа без энергии не производится.

Из вышеизложенного следует, что для запуска работы системы требуется, как минимум, два кванта энергии: один квант энергии крутит вал и сохраняется в форме кванта испущенным генератором - закон сохранения энергии сохраняется. Второй квант использует энергию на преодоление силы трения вала о грубую материю (подшипники и т.п.) и сохраняется в форме кванта тепловой энергии, рассеиваясь в пространстве Вселенной (процесс энтропии) - действие закона сохранения энергии сохраняется.

Применение теоремы для объяснения КПД двигателя. КПД двигателя равен единице тогда, когда один квант энергии, затраченной для работы двигателя, производит один квант энергии полезной работы.