Lehetséges-e feltalálni az örökmozgót?
A fizika legfontosabb törvénye: az energia megmaradása
A Francia Tudományos Akadémia már 1775-ben egyszer s mindenkorra kijelentette,
hogy szóba sem áll azokkal, akik az örökmozgó gép feltalálásával és leírásával
fordulnak hozzá.
Bár azóta majdnem kétszáz év múlt el, mégis napról napra akadnak olyanok, akik
"örökmozgó" szerkesztésére áldozzák idejüket, pénzüket és közben nemegyszer
elveszítik értelmüket, elméjük épségét is.
Lássuk tehát, lehetséges-e olyan gépet készíteni, amely örökké mozog, ha egyszer
elindítottuk, anélkül, hogy kívülről hajtani kellene valamiféle munkavégzéssel.
Bizonyos az, hogy egészen egyszerű szerkezettel (emelő,
csavar, ék)
kis erőt sok ezer kilogrammnyi
erővé lehet átváltoztatni.
De azt is megtárgyaltuk már, hogy hiába sokszorozom meg bármennyire is erőmet,
ezáltal a munkavégzésben
nem nyerek semmit. A legravaszabbul kieszelt géppel
sem lehet több munkát
végeztetni, mint amennyi munkát
abba a gépbe belevittem.
Ez nem csupán elmélet, hanem méréseken, tényeken alapuló tapasztalat. Nagyon
könnyű állításunkat méréssel ellenőrizni. Például rugós erőmérő megmutatja azt,
hogy mekkora erővel forgatjuk a szőlőprés karját. Még egyszerűbb megmérni egy
centiméterszalaggal a kar vége által megtett utat. A kettő szorzata adja a végzett
munkát.
Hasonlóképpen megmérhetjük azt, hogy a csavar mekkora erővel nyomul előre ás
mekkora úton át nyomja össze a szőlőt. A kettő szorzata a végzett munka.
Bármiféle gépen végezzünk
is ilyen mérést, azt találjuk, a gépből
sohasem sikerül több munkát
kivenni, mint amennyit belefektettünk. Sőt: minden gép
kevesebb hasznos munkát
végez, mint amennyit működtetésére fordítottunk.
Miért?
Mert közben géprészek mozognak egymáson: súrlódnak egymáshoz. A súrlódás legyőzése
pedig munkavégzést kíván. Ez a munkavégzés elvész számunkra. Ennyivel kevesebb
lesz a gép által végzett hasznos munka.
Például ha a szőlőprés karjának forgatása közben 100 méterkilogrammsúly
munkát végzünk, nagyon
örülhetünk, ha ennek a munkának
a felét visszanyerjük a csavar
végén a szőlő összenyomása közben. Tehát a befektetett 100 méterkilogrammsúly
munkának a fele a csavarmenetekben
fellépő tekintélyes súrlódás
legyőzésére szolgál. Hasznos munkára
csak a befektetett munka
(energia) másik felét
tudom felhasználni. Ezt úgy mondjuk, hogy szőlőprésünk hatásfoka 50%.
És a többi 50% befektetett munkavégzés
(energia) megsemmisült,
elveszett?
Nem veszett el, mert munkavégzés,
energia soha el nem
veszhet, meg nem semmisülhet a természetben. Ez a látszólag elveszett energia
nem azt a munkát végezte,
amire fel akartam használni, nem a szőlőt préselte össze, hanem mint súrlódási
munka felmelegítette
a csavart, pedig nem
ez volt a célom.
Ezt a tapasztalatunkat így mondhatjuk ki:
Bármilyen gép hajtására felhasznált energia ugyanannyi, mint a gép működése közben keletkezett különféle munkavégzések (energiák) összege.
Ez az energiamegmaradás törvénye.
Ez a fizika legáltalánosabb, legfontosabb törvénye, amelyet a természet minden
jelenségére alkalmazni lehet, mert mindenütt energiaátalakulások történnek.
Energiát sem teremteni, sem megsemmisíteni nem lehet. Az energia egyszerűen
van! Hozzányúlhatunk, felhasználhatjuk. Gépeinkben
átváltoztathatjuk az egyik fajta energiát egy másik fajtává. Például erőműveinkben
a szén égésekor felszabaduló hőenergia egy része az elektromos áram energiájává
változik.
Semmiféle eddig ismert jelenség során nem keletkezik több energia, de kevesebb
se!
Minden munkavégzéskor,
minden gép működése közben,
a munkavégzés során
nyert energiák összege pontosan annyi, mint a gép
működtetésére fordított energia.
Lehetetlen tehát olyan gépet
szerkeszteni, amelyből több energiát lehet kivenni, mint amennyit beléje fektettünk.
A ravasz feltaláló úgy gondolkodik, hogy majd a megnövekedett energiát visszaviszi
a gépbe. Így a gép
önmagát hajtja és egyre több energiát termel.
De bezzeg nem találja annak az a feltaláló, aki például úgy tervezi meg energianövelő
gépét, hogy egy elektromos áramot fejlesztő gép áramát belevezeti egy transzformátorba.
A transzformátor majd felerősíti az áramot. A felerősített árammal motort forgat
a feltaláló. A motor ennek következtében nagyobb erővel forgatja az áramfejlesztő
gépet, amely most már több elektromos áramot termel, mint előbb adott.
Az ilyen feltaláló bizonyára sohasem hallott az energiamegmaradásról. Vagy
csak hallott róla, de meg nem értette. Aminthogy csak hallott arról is, hogy
a transzformátor felerősíti az áramot. Ez igaz! Hiszen az egyszerű gépek is
megsokszorozzák az erőt. De nem sokszorozza meg a transzformátor sem a munkavégzést,
a beléje vezetett elektromos energiát.
Sőt, mint minden gépben, a transzformátorban is veszteségek lépnek fel. A transzformátorból
kevesebb energiát lehet kivenni, mint amennyit beléje vezettünk. Ez minden fajta
gépre érvényes, még azokra is, amelyeket ezután találnak fel.
De meg lehet-e ezeket az egyszerű dolgokat magyarázni az ilyen fajta feltalálónak?
Általában nem. Sőt egyszerűen nem hiszik el az energiamegmaradás tételét
sem. Hiszen csak egészen felületes ismereteik vannak. Általában sejtelmük sincsen,
hogy mi különbség van az erő
és a munka között.
Így aztán megmaradnak rögeszméjük mellett. Néha el is készítik "örökmozgójuk"
mintapéldányát. Tömérdek időt, fáradságot és pénzt ölnek bele, a gép
mégsem megy! De rendületlenül hisznek benne, hogy még csak egy kis javításra
van szükség, és az energiát
korlátlanul termelő örökmozgó gépük
megváltja a világot.
De az még a jobbik eset, ha a "feltaláló" több energiát
akar gépéből kihozni,
mint amennyit belevitt. A tanulatlan feltalálók egy másik népes csoportja olyan
gépet akar alkotni, amely
működik, sőt energiát
termel anélkül, hogy energiát
használna fel.
Ugye, szinte hihetetlen, hogy ilyenek is akadjanak?
Várjunk csak kissé véleményünkkel, mert sokan igazán szellemesen gondolják el
szerkezetüket, és nem olyan könnyű bebizonyítani nekik ötletük képtelenségét.
Kíváncsi
vagyok rá, hogy az olvasók közül ki tudná megmagyarázni azt, hogy miért nem
működik a következő, egyszerű örökmozgó (ábra).
Egy parafából készült korong vízszintes tengely körül foroghat. Képzeljük el,
hogy ennek a parafa korongnak bal oldala, bal fele vízben van. Akkor erre a
bal oldali részre hat a víz felhajtóereje. Ez a bal oldali rész könnyebb lesz,
gondolja a feltaláló. A jobb oldali részre nem hat a víz felhajtóereje, mert
az nincsen vízben. A jobb oldali rész súlya tehát megmarad. A feltaláló egészen
természetesnek gondolja azt, hogy a keréknek vízbe merült oldala felemelkedik,
a kerék forogni kezd.
De meg lehet-e valósítani azt, hogy a parafa korong egyik fele állandóan a vízben
legyen?
Ennek semmi akadálya sincsen. Sőt, azt is megengedjük, hogy a parafa korong
mozgását semmiféle súrlódás sem akadályozza.
Forog-e a parafa korong? Hiszen az iskolában azt tanulta a feltaláló, hogy a
vízbe mártott test súlya kisebb. Ezért szerinte a kerék bal oldalának feltétlenül
könnyebbnek kell lennie, a korongnak forognia kell.
És a korong mégsem forog, bármennyire nyilvánvaló is, hogy forognia kell - azok
szerint, akiknek fizikai tudása felületes.
Hogyan lehetne a feltalálót meggyőzni arról, hogy nem fog forogni a korong?
Ha a feltaláló hisz az energiamegmaradásában, akkor könnyű a dolgunk. Tegyük
fel, hogy valóban forog a korong. Kérdezzük meg a feltalálót, hogy eközben vesz-e
észre valami változást? Kevesebb lesz a víz az edényben? Alább száll a víz szintje?
Nem! Semmi változás nem történik!
Akkor nincs energiaátalakulás
sem. Ha pedig nincs energiaátalakulás,
akkor nincs energia
sem, ami forgassa a korongot, tehát a korong nem foroghat. - Ez az első pillantásra
kimondható, ha elfogadjuk az energiamegmaradás elvét.
Igen ám
- mondja a feltaláló - de arra a vízbe merülő parafa korong részre mégiscsak
hat a víz felhajtóereje!
Nem igaz! A jelen esetben nincs semmiféle felhajtóerő, amely csökkentené ennek
a korongfélnek a súlyát. Ez bizonyítható csakhogy kissé hosszadalmasabban (ábra).
De az energiamegmaradás ténye azonnal alkalmazható.
A víz nyomása merőleges a nyomott felületre. A kerék kerületén ható nyomóerők a kerék tengelye felé irányulnak. Nem okozhatnak forgást.
Ez a példa jól mutatja, hogy az energiamegmaradás általános elve alapján
könnyű dönteni minden esetben, de ha részleteiben akarjuk cáfolni a feltaláló
elgondolását, ez néha kissé körülményesebb.
Az ilyen szellemesebb örökmozgók kigondolói rendszerint ismerik és el Is fogadják
az energiamegmaradás törvényét, és azt állítják, hogy ők nem a semmiből
akarnak energiát teremteni, hanem gépük
egy eddig fel nem használt vagy eddig ismeretlen természeti energiát használ
fel, például előző példánkban a víz felhajtóerejét, más alkalommal a nehézségi
erőt stb.
Csak azt a csekélységet hagyják figyelmen kívül, hogy az erő
egészen más valami, mint az energia.
De említettük már azt, hogy lehet a természetben eddig még fel nem fedezett
energia, energiaforrás. Nem
bukkanhatnak-e ilyenre a feltalálók?
De igen! Sőt a történelemben nem is régen volt olyan eset, hogy világhírű tudósok
fedeztek fel jelenséget, amikor látszólag a semmiből keletkezett az energia.
Ez 1898-ban történt, amiket a Curie
(olv. Küri) házaspár a szurokércből kiválasztotta a rádiumot.
Észrevették, hogy állandóan termeli a meleget, és közben nem tudták megállapítani
a rádium súlyának a
csökkenését. Azt gondolták, hogy valamilyen ismeretlen módon a környezetből
gyűjti magába az energiát.
Később kiderült, hogy nem onnét veszi, hanem a rádium
anyaga fogy, atomjai
bomlanak fel és így keletkezik a meleg. Az energiamegmaradás törvénye
most is érvényesnek bizonyult.
Mégpedig az energiamegmaradás elve alapján lehet "örökmozgót"
készíteni, sőt működnek is ilyenek!
"Örökmozgónak" tekinthetők azok a gépek
is, amelyek a természet kiapadhatatlan energiáját
használják fel. Így például a vízierőművek turbinái
mindaddig forognak, amíg el nem kopnak. - Vannak órák, amelyeket nem kell felhúzni,
mégis mindaddig járnak, amíg anyaguk bírja, mert a légnyomás változásai vagy
a hőmérséklet-változások hajtják őket.
Ilyen ingyen energiát
felhasználó, örökké működő, célunknak megfelelő energiát
szolgáltató gépeknek
tekinthetők azok a szerkezetek, amelyek a napsugárzás energiáját
fűtésre használják vagy elektromos áramot keltenek vele.
Gyakorlatilag "örök" energiaforrás a napsugárzás. Az ábráról leolvashatjuk, hogy nálunk évi átlagban mennyi energiát sugároz a Nap 1 m2 vízszintes földfelületre.
Ilyen járható területeken is tág működési terük van a feltalálóknak.
Foglaljuk össze az elmondottakat.
Olyan örökmozgó, amely valamiféle energia
felhasználása nélkül működnék - lehetetlenség.
Lehetetlen olyan gép
is, amely több energiát
szolgáltatna vissza, mint amennyit hajtására fordítottunk. Ennek a két fajta
lehetetlen gépnek szerkesztésével
foglalkoznak a kevés fizikai tudással rendelkező "feltalálók".
De lehetséges az olyan "örökmozgó", amely a természetben kimeríthetetlen
bőségben levő energiákat
alakítja át számunkra hasznos munkavégzéssé,
egyre jobb hatásfokkal
és egyre olcsóbb berendezéssel.