Warum funktioniert ein "Perpetuum mobile" nicht?
...bitte so leicht verständlich wie möglich erklären.
8 Antworten
Hallo -
Das perpetuum mobile ist ein Begriff aus der klassischen Physik und soll plakativ darauf hinweisen, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann - sondern nur umwandelbar ist. Übrigends ist das auch ein Existenz-Satz; für die Welt als ganzes gilt das gleiche. Ein Energie-Wandler der Energie liefert, deren Herkunft nicht sogleich bekannt ist, wird umgangssprachlich gern als Perpetuum mobile bezeichnet. Daher auch die allgemeine Verwirrung, wenn solche Apparate plötzlich in den Ruf kommen, doch zu funktionieren - es sind eben doch nur Umwandler von Hintergrundenergie, die noch nicht erforscht ist, oder deren Umwandelbarkeit irrtümlich für unmöglich gehalten wurde. Beispiel: Schwerkraft-Räder des Mittelalters, die z.T. wirklich gearbeitet haben sollen. Heute nennt man solche Apparate richtiger: Wandler für freie (noch nicht erforschte) Energie. Ein Perpetum -Mobile ist demnach eine formale Definition für einen Apparat der aus Nichts Energie erzeugt. Und so eine Maschine kann es nicht geben, weil die Energie der Welt unveränderlich ist und nur von einer Form in die andere umgewandelt werden kann. Das hat die Erfahrung gezeigt.
Es ist für einen Physiker immer wieder erstaunlich, welche Verwirrung der etwas historische Begriff des "Perpetuum Mobile" verursacht, und ich nehme an, daß Du diesen Begriff meinst.
Ein "Perpetuum Mobile 1. Art", wie das historisch begründet manchmal heißt, bedeutet nichts anderes, als das durch Erfahrung enorm bestätigte Prinzip der Energieerhaltung. Man kann dieser Maschine keine Energie entziehen, ohne daß Sie von anderswo wieder zugeführt werden muß. Denke mal als Beispiel an eine wassergelagerte Granitkugel, die man hie und da mal findet. Man kann sie andrehen (führt Rotationsenergie zu), die dann durch die geringe Reibung im Wasser nur sehr langsam abgebaut wird. Die Kugel dreht sich sehr lang, ohne die Reibung im Wasser (gedacht) sogar beliebig lang. Trotzdem ist diese Kugel kein "Perpetuum Mobile", die Kugel gehorcht nur dem ersten Newtonschen Gesetz. Wenn Du versuchst, einen Dynamo dran zu halten um Strom zu gewinnen, dann wird sich die Kugel bald langsamer drehen = Energieerhaltung.
Solltest Du jemals etwas tiefer in die Physik eindringen, dann wirst Du erkennen, daß die zeitliche Konstanz physikalischer Gesetze und die Energieerhaltung untrennbar zusammengehören.
Ein "Perpetuum Mobile 2.Art" ist schwerer zu verstehen. Es hat in der Thermodynamik mit dem Begriff der Entropie zu tun, und ist letztlich ein statistisches Argument, anschaulich vielleicht am besten erklärt an einer Karikatur, die man in etlichen Physikbüchern findet. Und zwar von dem Mann, der in einen Stapel Bretter eine Bombe wirft, und fertig ist eine Holzhütte. Theoretisch - aufgrund der Energieerhaltung - ist das denkbar, aber es gibt sehr viel mehr Möglichkeiten, die Bretter durcheinander zu bringen, so daß das Entstehen der Hütte als nur eine der vielen Möglichkeiten extrem unwahrscheinlich ist. Oder hat Du es schon mal gesehen?
Alles, was oben steht zum Stichwort Reibung hat nichts mit dieser Begriffsbildung zu tun. Bei Reibung = Umwandlung kinetischer Energie in Wärme geht definitiv alles mit rechten energieerhaltenden Dingen zu.
Physikalische Unmöglichkeit des Perpetuum Mobiles
Aufgrund von fundamentalen Erkenntnissen aus der Thermodynamik (einem Teilgebiet der Physik) gilt es seit langem als gesichert, dass ein Perpetuum Mobile auf der Basis der vier Grundkräfte der Physik nicht existieren kann; Theorien, welche die Existenz eines Perpetuum Mobiles behaupten, gelten darauf aufbauend als pseudowissenschaftlich. Heutige Vertreter solcher Theorien verwenden aufgrund dessen auch andere Bezeichnungen, zum Beispiel "Konverter für Freie Energie".
Der Begriff "Perpetuum Mobile" bezieht sich im klassisch physikalischen und patentrechtlichen Sinne auf ein geschlossenes System, in dem gemäß dem Energieerhaltungssatz keine Energie entstehen oder verschwinden kann. Dies bedeutet nicht, dass eine "von selbst" laufende Maschine, welche Energie produziert, zwangsläufig ein Perpetuum Mobile sein muss. Diese muss nämlich nicht unbedingt ein geschlossenes System im Sinne der Energieerhaltung darstellen. Sie kann Energie mit ihrer Umwelt austauschen. Mit anderen Worten: Wenn eine Maschine Energie scheinbar aus dem Nichts erzeugen würde, dann befindet sich entweder innerhalb des Systems diese Energie bereits in einer anderen Form oder sie wird von außen zugeführt (z. B. über Strahlung). Diese Energie würde lediglich in eine neue Energieform umgewandelt werden.
http://de.wikipedia.org/wiki/Perpetuum_Mobile
Ein Perpetuum Mobile braucht Energie zur Überwindung der inneren Reibung (in den Lagern). Diese Energie kommt aber nicht aus dem Nichts.
Ein Startimpult zur Bewegung (Anstoß, andrehen) führt dem Perpetuum Mobile Energie zu, die es in Bewegung versetzen. Ein Teil der Energie wird dazu benutzt, weitere Anschubenergie in das Perpetuum Mobile zu leiten, der andere Teil wird in den Lagern in Wärme umgewandelt und fehlt daher zum Weiterbetrieb.
Bei optimaler Auslegung und extrem reibungsarber Lagerung kann so ein Perpetuum Mobile sehr lange laufen, aber eben nicht ewig.
Weil jede Bewegung Energie verbraucht und die Ursprungsenergie (der Anstoß) je nach Wiederstand früher oder später verbraucht ist.