A medida que la ciencia se desarrolla, sus leyes cubren áreas cada vez más amplias, se refinan, se acercan a las leyes de la naturaleza y se adecuan a ellas. De forma generalizada, A. Einstein expresó claramente la naturaleza de la conexión entre las leyes de la naturaleza y las leyes de la ciencia: "Nuestras ideas sobre la realidad física nunca pueden ser definitivas, y siempre debemos estar dispuestos a cambiar estas ideas". P. L. Kapitsa, que amaba las paradojas, incluso dijo esto: "No son las leyes en sí las que son interesantes, sino las desviaciones de ellas".
Pero los inventores del perpetuum mobile se equivocan al contar con un cambio completamente posible en las leyes de la ciencia, que aún no permiten el funcionamiento de máquinas de movimiento perpetuo. El hecho es que las leyes de la ciencia (en particular, la física) no se anulan, sino que se complementan y desarrollan.
N. Bohr formuló una posición general (1923), reflejando esta regularidad del desarrollo de la ciencia: el principio de correspondencia, que dice que cualquier ley más general incluye la ley antigua como un caso especial; se obtiene (antiguo) del nuevo al pasar a otros valores de las cantidades que lo definen.
La aprobación de la ley de conservación de la energía, la primera ley de la termodinámica, hizo que los intentos de crear una máquina de movimiento perpetuo del primer tipo fueran absolutamente desesperados. Y aunque todavía estaban en marcha, la principal dirección de pensamiento de los creadores de perpetuum mobile cambió. Ya nacen nuevas variantes de máquinas de movimiento perpetuo en total acuerdo con la primera ley de la termodinámica: cuánta energía entra en un motor de este tipo, exactamente la misma cantidad sale.
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Como saben, la ley de conservación de la energía se puede formular de la siguiente forma algo modificada: para todos los procesos de conversión de energía, la suma de todos los tipos de energía que participan en este proceso debe permanecer sin cambios. Tal formulación, aunque no permite la posibilidad de crear energía a partir de la nada, deja sin embargo abierta otra forma de realizar una máquina de movimiento perpetuo, cuyo principio se basaría en la transformación ideal de una forma de energía en otra.
Se sabía que el trabajo en los motores se realiza cuando un cuerpo caliente emite calor a un gas o vapor y el vapor sí funciona, por ejemplo, moviendo un pistón. Sin embargo, resultó que no había forma de hacer que la energía de un cuerpo más frío pasara a uno más caliente. Pero para crear una máquina de movimiento perpetuo, es necesario que al mismo tiempo se trabaje.
Como resultado del desarrollo de la termodinámica, basado en los trabajos de Sadi Carnot, Rudolph Clausius demostró que es imposible un proceso en el que el calor pasaría espontáneamente de cuerpos más fríos a cuerpos más calientes. Al mismo tiempo, no solo es imposible una transición directa, sino que también es imposible llevarla a cabo con la ayuda de máquinas o dispositivos sin que se produzcan más cambios en la naturaleza.
William Thomson (Lord Kelvin) formuló el principio de la imposibilidad de una máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo (1851), ya que los procesos son imposibles en la naturaleza, cuya única consecuencia sería el trabajo mecánico realizado enfriando un depósito de calor.
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Investigando el tema de un nuevo tipo de perpetuum mobile a principios del siglo XX. estudió el famoso físico y químico alemán Wilhelm Ostwald. Llamó a la máquina ideal, capaz de convertir cíclicamente y sin pérdidas la energía de una forma a otra, llamó una máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo. Como puede ver, incluso después del rechazo de la posibilidad de crear una máquina de movimiento perpetuo del primer tipo, el problema del movimiento perpetuo sigue abierto. Sin embargo, las máquinas de movimiento perpetuo del primer y segundo tipo ya son significativamente diferentes entre sí. Si la función de la máquina de movimiento perpetuo del primer tipo, declarada irrealizable por los científicos, consistía en la realización continua de un trabajo útil sin reponer las reservas de energía de fuentes externas, entonces solo se requería la capacidad de transformar idealmente la energía de la máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo.
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Según la primera ley de la termodinámica, el calor es equivalente a la energía mecánica, por lo tanto, sin contradecir el primer principio, es bastante posible construir una máquina que tome calor de un cuerpo que tenga la temperatura del aire circundante, o, por ejemplo, tome calor del agua de grandes depósitos y funcione gracias a este trabajo mecánico. Si convertimos la energía mecánica ahora recibida nuevamente en calor, entonces surge un ciclo cerrado de conversión de energía, basado en el principio de una máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo.
Sin embargo, tales fenómenos nunca se encuentran en la vida cotidiana. En una habitación cálida, una botella de leche sacada del refrigerador se calienta y un vaso de té caliente se enfría. Además, un líquido frío, cuando se calienta, baja imperceptiblemente la temperatura del aire en la habitación y uno caliente la aumenta. Al mismo tiempo, nunca sucede que un cuerpo frío se enfríe por sí mismo o que uno caliente se caliente. Para tal enfriamiento, se utilizan unidades de refrigeración especiales que, sin embargo, necesitan un suministro constante de energía de fuentes externas. Al mismo tiempo, el enfriamiento espontáneo de un frío o el calentamiento de un cuerpo caliente no contradice en absoluto la primera ley de la termodinámica. Por tanto, es obvio que la redacción de esta ley debería aclararse y complementarse de alguna manera.
La segunda ley de la termodinámica elimina el carácter incompleto de la ley de conservación de la energía, que no distingue entre procesos reversibles e irreversibles y, por lo tanto, deja una ilusoria esperanza para quienes no quisieron soportar la imposibilidad de crear un perpetuum mobile. Este principio físico impone una restricción a la dirección de los procesos que pueden ocurrir en los sistemas termodinámicos. La segunda ley de la termodinámica prohíbe las llamadas máquinas de movimiento perpetuo del segundo tipo, mostrando que la eficiencia no puede ser igual a uno, ya que para un proceso circular la temperatura del refrigerador no puede ser igual al cero absoluto (es imposible construir un ciclo cerrado pasando por un punto con temperatura cero).
Hay varias formulaciones equivalentes de la segunda ley de la termodinámica:
Postulado de Clausius: “Un proceso circular es imposible, cuyo único resultado es la transferencia de calor de un cuerpo menos calentado a uno más calentado” (este proceso se llama proceso Clausius).
Postulado de Thomson (Kelvin): “Un proceso circular es imposible, cuyo único resultado sería la producción de trabajo enfriando el depósito de calor” (este proceso se llama proceso de Thomson).
Otra formulación de la segunda ley de la termodinámica se basa en el concepto de entropía:
"La entropía de un sistema aislado no puede disminuir" (la ley de la entropía no decreciente). En un estado con máxima entropía los procesos macroscópicos irreversibles (y el proceso de transferencia de calor es siempre irreversible debido al postulado de Clausius) son imposibles.
Cuando se creó la termodinámica estadística, que se basaba en conceptos moleculares, resultó que la segunda ley de la termodinámica tiene un carácter estadístico: es válida para el comportamiento más probable del sistema. La existencia de fluctuaciones impide su implementación precisa, pero la probabilidad de cualquier violación significativa es extremadamente pequeña. Es decir, la transición del calor de un cuerpo frío a uno más caliente es posible, pero este es un evento extremadamente improbable. Y en la naturaleza ocurren los eventos más probables.
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