Ich möchte zunächst darauf hinweisen, dass die Allgemeingültigkeit des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik, der Energieerhaltungssatz, über das Noether Theorem mathematisch bewiesen ist.
https://de.wikipedia.org/wiki/Noether-Theorem
Dagegen ist die Allgemeingültigkeit des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik, der Entropievermehrungssatz, sehr strittig.
Allahverdyan, A. E., & Nieuwenhuizen, T. M. (2001). Violation of the second law of thermodynamics in the quantum microworld. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 305(1–2), 542–552. doi.org 10.1016/S0378-4371(01)00632-2
(2002). Statistical thermodynamics of quantum Brownian motion: Construction of perpetuum mobile of the second kind, Phys. Rev. E 66, 036102, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.66.036102
Čápek, V. (2002). Quantum mechanical model of a plasma system: A challenge to the second law of thermodynamics. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 312(3–4), 447–456. doi.org 10.1016/S0378-4371(02)00826-3
304(3-4):461-479. doi.org 10.1016/S0378-4371(01)00570-2
Čápek, V., & Sheehan, D. P. (2005). Challenges to the Second Law of Thermodynamics: Theory and Experiment. Springer.
https://link.springer.com/book/10.1007/1-4020-3016-9
Krastev, G. & Kolikov, K. (2012). Motion machines of second kind, Natural Science, 4(4), 252-257. doi.org 10.4236/ns.2012.44036
Das PM2 was ich im Folgenden beschreiben werde ist ein Ausführungsbeispiel, um das Phänomen der Magnetostriktion zu nutzen. Mit staatlicher Unterstützung könnte ich ein SEHR leistungsfähiges PM2 bauen, dessen Idee ich hier nicht erklären möchte. Aber das folgende PM2 ist immerhin funktionstüchtig und kann von jedermann leicht nachgebaut werden. Damit hat man nicht nur ein Dekorationsobjekt sondern auch eine experimentelle Widerlegung der Allgemeingültigkeit des 2. HS, was für viele eine wissenschaftliche Sensation und ein außerordentliches Ärgernis ist.
Nun zur Apparatur:
Es gibt eine drehbar gelagerte Scheibe (grau), die senkrecht in einem Gravitationsfeld platziert ist. Material diamagnetisch, z.B. Plexiglas. Um diese Scheibe ist ein Ring aus speziellen Ferromagneten montiert (dargestellt in rosa und hellgrün, bzw. rot und grasgrün). Nordpol rot.
Es gibt Ferromagneten die unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes schrumpfen und andere, die sich verlängern. Dieses Phänomen wird Magnetostriktion genannt. Im vorliegenden Fall wird ein Ferromagnet verwendet, der sich beim Anlegen eines magnetischen Felds abkühlt und verkürzt.
Die Legierung wird magnetisch meist isotrop oder nur leicht texturiert geliefert. Ohne Feld sind die magnetischen Domänen (Weiss-Bezirke) statistisch verteilt. Man kann eine schwache magnetische Vorspannung (Biasing) anlegen, damit es besonders empfindlich auf das externe Magnetfeld reagiert.
Ein reiner Magnetostriktor kühlt nicht ab. Wenn das Material aber so konstruiert ist, dass die magnetische Verformung einen energetisch höheren Zustand im Kristallgitter erzwingt (Phasenumwandlung), entzieht es seiner Umgebung die dafür nötige thermische Energie. Solche Materialien werden Heusler-Legierungen genannt.
Ein besonders leistungsfähiges Beispiel für eine solche Legierung ist die Gruppe der Nickel-Mangan-Indium-Heusler-Legierungen (oft mit Kobalt-Zusatz, z. B. Ni45Co5Mn36.5In13.5).
Diese Materialien nutzen den sogenannten inversen magnetokalorischen Effekt, bei dem sich das Material beim Anlegen eines Magnetfeldes abkühlt (statt wie üblich beim Abschalten).
Konkretes Beispiel: Ni37Co13Mn34.5Ti15.5
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645424008097
Ich bin von (Ferro-)Stabmagneten aus Ni36Co14Mn34Ti15Fe0.5Cr0.5 ausgegangen (mit einer Ummantelung aus Blei). Diese habe ich auf der Scheibe strahlenförmig angeordnet, so dass sie quasi einen Ring bilden. Die Stabmagnete sind in der ersten Skizze nicht einzeln dargestellt. Die Legierung ist dafür bekannt, dass sie schon bei vergleichsweise schwachen Magnetfeldern eine starke Magnetostriktion zeigt, speziell eine Schrumpfung (Stauchung) um ca. 0,4%.
https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.6.094411
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646218305803
In der Skizze links dargestellt ist ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet. Sein Feld ist in Polnähe hinreichend stark (ca. 1,4 Tesla), zumal es wegen der spezielle Anordnung der Permanentmagneten in der Mitte, bzw. Waagerechten besonders stark ist.
Gelangen die oben genannten Ferromagneten in das externe Magnetfeld, vollziehen sie eine Phasenumwandlung. Durch die Polarisierung nimmt die magnetische Gesamtenergie des Systems ab. Das nicht-magnetische Martensit mit geringer Dichte wird in das magnetische Austenit mit großer Dichte umgewandelt. Dabei kühlt sich das Material ab und verkürzt sich entlang der induzierten Polarisierung um ca. 0,4% . Der Hebelarm rechts ist größer als der links.
Restliche Erklärung im Skreenshot.
Was würde dann mit dem Magneten passieren? Würde er einfach nicht funktionieren?