永久運動機械となぜ不可能なのか

要約

この記事では、永久運動機械の概念と、それがなぜ不可能なのかについて探求します。熱力学の基本法則について説明し、外部エネルギー源なしで無限に仕事をすることができる機械の作成を妨げる方法を検討します。また、永久運動機械を作成しようとした歴史的な試みと、それらがすべて失敗する理由についても見ていきます。

バスカラの永久運動機械の設計

1159年頃、数学者のバスカラは、水銀の曲がった貯水器を含むホイールの設計をスケッチしました。アイデアは、ホイールが回転すると、水銀が各貯水器の底に流れて、ホイールの一方が永久に重くなるようにすることでした。この不均衡によって、ホイールが永遠に回転し続けることになります。これは、外部エネルギー源なしで無限に仕事をすることができる機械である永久運動機械の最初期の設計の1つでした。

熱力学の第一法則

熱力学の第一法則は、エネルギーは創造または破壊できないことを示しています。これは、消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを生産する永久運動機械は不可能であることを意味します。自己を動かし続ける永久運動機械であっても、システムを停止点を超えて押し出すためにいくらかの余分なエネルギーを作成する必要があるため、この法則に違反します。

永久運動機械の試み

発明家たちは、永久運動機械のアイデアを提案してきましたが、すべて熱力学の基本法則の1つまたは複数に違反しています。いくつかは、バスカラの過剰な重量のある車輪の変形版で、転がるボールや揺れるアームの重りを使用しています。他のものは、毛細管現象や磁石を使用して機械を動かし続けます。これらのアイデアはすべて、熱力学の法則に違反するため機能しません。

熱力学の第二法則

エンジニアが熱力学の第一法則に違反しない機械を設計できたとしても、実際の世界では第二法則のために機能しなくなることがあります。熱力学の第二法則は、摩擦などのプロセスを通じてエネルギーが拡散する傾向があることを教えてくれます。実際の機械には、動く部品や空気や液体分子との相互作用があり、真空でも微小な摩擦や熱が発生します。その熱はエネルギーが漏れ出ていることを示し、システム自体を動かすために利用可能なエネルギーを減らし、最終的に機械が停止してしまうことになります。

結論

結論として、永久運動機械は熱力学の基本法則により不可能です。熱力学の法則に違反しない機械を設計できたとしても、実際の世界では第二法則のために機能しなくなることがあります。これらの法則を再検討する必要がある新しい物質やエネルギーを発見する可能性があるかもしれませんが、現時点では永久運動機械の夢は達成されていません。