[Mechanica] Perpetuum mobile van de tweede orde

[Wien Ee]

Hieronder nog een idee voor perpetuum mobile van de tweede orde. Dat is een ding dat gelijkmatig verdeelde warmte energie, waar iedere beweging naar vervalt, weer omzet in een andere energie. Het gaat dus niet in tegen de wet van behoud van energie.



Hoe het moet werken: Er zijn het afgelopen jaar heel kleine motortjes, "nano-motortjes" gemaakt. En een motor is vaak ook te gebruiken als dynamo; een nano-dynamo kan waarschijnlijk dus ook. Op de as van zo'n nano-dynamo wordt aan één zijde een vaantje vastgemaakt. Omdat niet alle moleculen in een gas even snel gaan, zal er soms een zeer snel molecuul tegen het vaantje aanbotsen (de Brownse beweging). De nano-dynamo draait iets, en wekt elektrische stroom op. Samengevat: warmte-energie wordt omgezet in elektrische energie.

Nu weet ik best dat dit ingaat tegen de tweede wet van de thermodynamica. Ik denk alleen dat die wet zijn beperkingen heeft. Die wet is afgeleid van de werking van de grofstoffelijke stoommachine, terwijl dit hier op molecuulschaal moet werken. En zo zijn er nog wel wat meer reserves die ik heb tegen die 2e wet van de thermodynamica.

Wie is het met mij eens dat dit kan werken? En zo niet, kan je dat dan verklaren, niet door direct te verwijzen naar die 2e hoofdwet, want die is afgeleid van een macroscopische machine, maar door het te verklaren vanuit mechanica. Maak rationeel gehakt van het idee!!!

[Jan van de Velde]

Samengevat: warmte-energie wordt omgezet in elektrische energie.  

Nu weet ik best dat dit ingaat tegen de tweede wet van de thermodynamica.

Nee hoor, dat is er perfect mee in overeenstemming. Het is precies wat je zegt: warmte energie (of eigenlijk bewegingsenergie van de moelculen) wordt omgezet in elektrische energie. En die tweede hoofdwet heeft niks tegen energie-omzettingen.

Eigenlijk heb je zo een nano-windmolentje.

[xippie]

Er bestaat wel een echte PM, maar die is heel erg groot, en kan maar weinig energie leveren.

: Door de caputilaire werking in heuvels kan je onder te top een buis insteken en daar komt water uit, niet veel maar toch wel iets (ze doen dit vaker in iran/irak voor drinkwater ) Daarmee zou je een rad kunnen aanzwengelen om iets energie te krijgen. Het water dat naar beneden komt gaat weer omhoog in de heuvel.

Het geheel draait dus eigenlijk op zwaartekracht, maar zolang die er is heb je een PM

[Windsurfer]

Er bestaat wel een echte PM,  maar die is heel erg groot, en kan maar weinig energie leveren.

: Door de caputilaire werking in heuvels kan je onder te top een buis insteken en daar komt water uit, niet veel maar toch wel iets (ze doen dit vaker in iran/irak voor drinkwater )  Daarmee zou je een rad kunnen aanzwengelen om iets energie te krijgen. Het water dat naar beneden komt gaat weer omhoog in de heuvel.

Het geheel draait dus eigenlijk op zwaartekracht, maar zolang die er is heb je een PM

dat is geen zuiver PM

[Jan van de Velde]

Er bestaat wel een echte PM,  maar die is heel erg groot, en kan maar weinig energie leveren.

: Door de caputilaire werking in heuvels kan je onder te top een buis insteken en daar komt water uit, niet veel maar toch wel iets (ze doen dit vaker in iran/irak voor drinkwater )  Daarmee zou je een rad kunnen aanzwengelen om iets energie te krijgen. Het water dat naar beneden komt gaat weer omhoog in de heuvel.

Het geheel draait dus eigenlijk op zwaartekracht, maar zolang die er is heb je een PM

Ik weet niet wat caputilair betekent en kan het ook nergens vinden. Ik neem aan dat "capillair" bedoeld wordt. Capillairen kunnen echter nooit overstromen. Wat Xippie waarschijnlijk bedoelt zijn artesische bronnen:



En artesische bronnen vind je overal ter wereld waar waterdoorlatende lagen opgesloten zitten onder/tussen afsluitende lagen. Als het drukverschil hoog genoeg is, en de doorlatendheid van de grond rondom de bron ook goed genoeg, kan dat zoals in het plaatje zelfs fonteinen opleveren.

Zolang er regenwater op de top van de heuvel valt zal zo'n bron blijven stromen. Het is dus geen perpetuum mobile, maar eigenlijk een gewoon waterkrachtsysteem, waarvan zonne-energie de motor is die het water weer van zeeniveau naar boven transporteert.

[EvilBro]

Misschien is het theoretisch wel onmogelijk om een zonnecel te laten werken bij 5000 graden.

Een zonnecel gaat slechter werken naarmate het warmer wordt (heeft te maken met het vrije aantal ladingdragers in het materiaal). Bij 5000 graden zijn de meeste zonnecellen denk ik wel stuk (maar ik heb het nog nooit geprobeerd bij 5000 graden ).

Samengevat: warmte-energie wordt omgezet in elektrische energie.

Dat bestaat nu ook al. Het heet thermische ruis. Het probleem is dat het lastig is om warmte-energie om te zetten in nuttige energie (helemaal als je geen energie mag toevoegen aan het proces).

Ik denk alleen dat die wet zijn beperkingen heeft.

Heb je ook experimenten gedaan om die beperking aan te tonen? (Alle experimenten die tot nu toe gedaan zijn gedragen zich namelijk keurig naar die "wet") of is het meer "wishful thinking"?

[Wien Ee]

@Jan van de Velde: Begrijp ik nu goed dat je denkt dat het nano-windmolentje zou kunnen werken? Als het echt gemaakt wordt, dan is dat toch nieuw en behoorlijk revolutionair, al zal het vrijwel geen energie opleveren. Ik schreef dat het tegen de 2e wet van de thermodynamica ingaat, omdat volgens de omschrijving van Clausius er geen proces mogelijk is dat als enige resultaat heeft de overdracht van warmte van een kouder naar een warmer lichaam. En dat zou bij dat windmolentje mogelijk zijn, als elders in dat medium de elektriciteit weer wordt omgezet in warmte.

@evilbro: Thermische ruis mag dan misschien gemeten kunnen worden, eerst moet die ruis versterkt worden, waardoor je van buitenaf energie inbrengt. De bedoeling van mijn nano-windmolentje is nu juist gelijkmatig verdeelde warmte energie om te zetten in elektrische energie, zonder hulp van buiten.

@evilbro: mijn weerzin tegen die 2e wet van de thermodynamica is de volgende. Ik ken voltmeters, krachtmeters, energiemeters, thermometers, stappentellers, ... , maar nog nooit heb ik ergens een entropiemeter kunnen kopen. Entropie kan niet direct worden gemeten. Verder vind ik dat natuurkunde zich bezig dient te houden met de wiskundige omschrijving van een proefopzet. De proefopzet omschrijven, meten wat er op tijdstip t0 aan de hand is, daarna meten wat er op tijdstip t1 gebeurd, en dat netjes in een formule gieten. De wiskundige omschrijving die je dan krijgt heeft dan alleen betrekking op die proefopzet, en we nemen vervolgens aan dat het universeel toepasbaar is, dat wil zeggen overal in de ruimte en in de tijd. Die 2e wet van de thermodynamica wil een uitspraak doen over alle mogelijke proefopzetten die kunnen worden bedacht, en uitspraak doen over dat iets niet mogelijk is. Kortom die 2e wet van de thermodynamica wijkt op drie manieren af van de meeste andere wetten: 1. geen directe meting van de variabele (entropie), 2. wil een uitspraak doen die niet alleen over de eigen proefopzet gaat(stoommachine), maar over iedere mogelijke proefopzet. 3. doet een uitspraak dat iets niet mogelijk is.

Heeft iemand nog ideeën hoe ik dat nano-windmolentje kan bouwen?

Heeft iemand anders hier misschien nog ideeen voor een tweede orde perpetuuum mobile?

[EvilBro]

Entropie kan niet direct worden gemeten.

Vermogen ook niet (Vermogensmeters meten niet 'direct' het vermogen). Massa is ook niet direct te meten. Het al dan niet direct kunnen meten (direct meten is uberhaupt een twijfelachtig concept, meestal maak je gebruik van het feit dat er een bepaalde interactie is...) van een verschijnsel is niet een op een te relateren aan het bestaan van het verschijnsel...

Kortom die 2e wet van de thermodynamica wijkt op drie manieren af van de meeste andere wetten: 1. geen directe meting van de variabele (entropie)

Entropie kun je weldegelijk meten (alleen niet 'direct'). Kijk bijvoorbeeld eens hier onder het kopje "Measuring Entropy".

2. wil een uitspraak doen die niet alleen over de eigen proefopzet gaat(stoommachine), maar over iedere mogelijke proefopzet.

Generalisatie is een belangrijk onderdeel van wetenschap. De generalisatie wordt dan vervolgens getoetst om te kijken of deze wel geldig is. Zoals al eerder gezegd is er nog geen experiment gedaan waarbij bleek dat de generalisatie die hier gedaan is niet correct is.

3. doet een uitspraak dat iets niet mogelijk is.

De tweede hoofdwet zegt dat entropie in een gesloten systeem gemiddeld zal toenemen. Het woordje 'niet' komt er niet in voor (al kun je natuurlijk een logisch equivalent opstellen dat een negatieve constructie bevat).

Heeft iemand nog ideeën hoe ik dat nano-windmolentje kan bouwen?

Ik in ieder geval niet. Je zal iemand (een bedrijf) moeten vinden met een clean room, maar die zullen niet zo happig zijn om mee te werken aan dit experiment aangezien er geen enkele reden is om te veronderstellen dat het gaat werken. Je kan er natuurlijk bakken met geld tegenaan smijten. Dat zorgt meestal wel voor mensen die iets voor je willen doen...

[Jan van de Velde]

Confusie schreef:

@Jan van de Velde: Begrijp ik nu goed dat je denkt dat het nano-windmolentje zou kunnen werken? Als het echt gemaakt wordt, dan is dat toch nieuw en behoorlijk revolutionair, al zal het vrijwel geen energie opleveren. Ik schreef dat het tegen de 2e wet van de thermodynamica ingaat, omdat volgens de omschrijving van Clausius er geen proces mogelijk is dat als enige resultaat heeft de overdracht van warmte van een kouder naar een warmer lichaam. En dat zou bij dat windmolentje mogelijk zijn, als elders in dat medium de elektriciteit weer wordt omgezet in warmte.

Volgens mij wel, maar niet als een continu RONDdraaiend exemplaar. Als je vaantje klein genoeg is (enkele atomen groot denk ik, wat is de gemiddelde afstand tussen de moleculen in een gas??) zal het opsodemieters krijgen van dat ene molecuul dat er zo nu en dan tegenaan botst. Daardoor vliegt het vaantje dan weer een radiaal of wat linksom, dan weer een radiaal of wat rechtsom. Die gasmoleculen komen uit alle richtingen. Niet warmte zoals wij dat macroscopisch bekijken, maar bewegingsenergie van gasmoleculen zal worden omgezet in bewegingsenergie van je vaantje. Zet maar een vlaggetje van 30 x 30 cm op een tennisbaan en laat er een rondom het vaantje opgestelde enthousiaste schoolklas met tennisballen op mikken. Zo stel ik me je machientje voor.

Maar maak het vaantje te groot (ter grootte van een schuurdeur bijvoorbeeld) en hij wordt continu langs alle kanten geraakt en komt dus niet van zijn plaats.

[Wien Ee]

@evilbro: Mijn ervaring is toch dat elektrisch vermogen behoorlijk "direct" meetbaar is. In mijn meterkast zit bijvoorbeeld al een tellertje dat stroomverbruik bijhoudt. Het zelfde geldt voor massa, waarvoor ik een weegschaal in mijn keuken heb. Nu nog een entropiemeter! De link die je me geeft, vertelt een verhaal, maar toont me geen instrument, een taster die een getal geeft die ik ergens op kan richten en dan een getal geeft, "zoveel entropie bevat dit volume".

@evilbro: erg wetenschappelijk vind ik generalisaties niet. Dat we ervaringen in formules gieten en dan veronderstellen dat ze universeel toepasbaar zijn, dat wil zeggen veronderstellen dat ze overal, bij iedere snelheid en altijd opgaan, dat is al een hele veronderstelling. Een wet hoort bij één proefopzet, wat mij betreft. (een uitzondering hierop is de wet van behoud van energie, makkelijk om mee te rekenen, een soort boekhouden, maar deze wet heeft dan ook opeens een uitzondering als we kwantumfluctuaties of het tunneleffect bestuderen)

@evilbro: ik heb daarnet hier mijn kamertje gecleand, en er is zo te zien nog voldoende brownse beweging voor een experiment! Wat betreft het doen van zo'n experiment: het is denk ik net zo als bij investeren: hoe groter de risico's, hoe groter de winsten kunnen zijn. 8)

@Jan van de Velde: je hebt gelijk, het vaantje zou dan weer rechtsom, en dan weer linksom draaien. Op de schets hieronder heb ik het iets veranderd. Door het palletje kan het vaantje nog maar één richting opdraaien. Ik denk overigens dat het vaantje nog heel wat moleculen groot kan zijn. De brownse beweging is al zichtbaar met een gewone microscoop, pollen of roetdeeltjes oost-indische inkt in water, rookdeeltjes in de lucht.

[Jan van de Velde]

Schitterend plaatje, Confusie. Moet in theorie kunnen werken. Ik vraag me echter af of die eenzijdige draairichting noodzakelijk is. Als je toch aan het uitvinden bent zou ik een as ontwerpen die de ene kant op één tandwiel of zo aandrijft, en de andere richting op een tweede tandwiel.(TM JvdV)

(de verkeerde kant op draait elk tandwiel vrij, zoiets als de naaf van een fietswiel) De efficiency lijkt me te verdubbelen...

Voor de afmeting van het vaantje moet er statistisch een optimum te bepalen zijn. Te klein, en de kans dat het überhaupt geraakt wordt is te klein. Te groot (schuurdeur) en het zal te vaak tegelijktijdig aan twee zijden geraakt worden waardoor het ook niet meer beweegt.

Voor alle duidelijkheid, we zijn het er over eens dat dit niks met perpetuum mobile te maken heeft hè. Net zo min als windmolens of waterkrachtcentrales.......

Eigenlijk moet dit volgens mij uit dit topic worden verwijderd en elders geplaatst....

[klazon]

@evilbro: Mijn ervaring is toch dat elektrisch vermogen behoorlijk "direct" meetbaar is. In mijn meterkast zit bijvoorbeeld al een tellertje dat stroomverbruik bijhoudt.

Als je weet wat er allemaal in dat "tellertje" gebeurt weet je ook dat het helemaal niet zo direct gaat als je denkt.

[Brinx]

Kijk uit: ieder extra mechanisme dat je toevoegt aan zo'n vaantje zal de gevoeligheid ervan nogal verminderen, denk ik. Hoe meer (en hoe zwaarder) maatregelen voor 'gelijkrichten', hoe minder het in beweging gebracht zal worden...

[Elmo]

Ik heb het gevoel dat Jan's idee erg veel weg heeft van Maxwell's Demon. Ik denk dan dus ook dat de energiebalans je de das om gaat doen: je verliest waarschijnlijk net meer aan wrijving, dan wat je terug krijgt aan draai-energie...

[EvilBro]

Het zelfde geldt voor massa, waarvoor ik een weegschaal in mijn keuken heb.

Precies mijn punt... een weegschaal meet geen massa.

erg wetenschappelijk vind ik generalisaties niet. Dat we ervaringen in formules gieten en dan veronderstellen dat ze universeel toepasbaar zijn, dat wil zeggen veronderstellen dat ze overal, bij iedere snelheid en altijd opgaan, dat is al een hele veronderstelling. Een wet hoort bij één proefopzet, wat mij betreft.

Dat leidt echter tot onbruikbare situaties. Verander een ding en de proefopstelling is verandert. Het zal onmogelijk zijn om zinnig uitspraken te doen (Iemand kan namelijk altijd beweren dat je het niet weet omdat je niet de exacte proefopstelling nabootst).

Generalisatie een belangrijk onderdeel van (sommige) wetenschap. Wetenschap onderzoekt een specifieke situatie om tot een conclusie over die situatie te komen. Dan wordt die conclusie algemener gemaakt en vervolgens wordt deze bewering weer getoetst. Wetenschap is als het ware een cyclisch proces.

Hierbij dient wederom opgemerkt te worden dat er nog geen proef is gedaan die een resultaat heeft dat tegen de tweede wet van de thermodynamica ingaat.

(een uitzondering hierop is de wet van behoud van energie, makkelijk om mee te rekenen, een soort boekhouden, maar deze wet heeft dan ook opeens een uitzondering als we kwantumfluctuaties of het tunneleffect bestuderen)

Ten eerste meen ik dat je hier opeens van stelling verandert. Je stelling "wetten bij proefopstellingen" wordt ineens over boord gegooid en dat slechts voor 'gemak'. Raar.

Ten tweede is wat je beweert incorrect. De wet van behoud van energie geldt ook binnen de quantum mechanica.