hehe, ein sehr schönes Thema.
Ich selbst war früher lustigerweise auch eine Zeit lang fest davon überzeugt, den fertigen Bauplan für ein funktionierendes Perpetuum Mobile anfertigen und bauen zu können... "wo das problem bei der sache sein soll? ist doch voll easy! baue ich easy going in wenigen Stunden zusammen"
Hatte dann auch tatsächlich sogar mit dem Bau eines Prototypen (war eine kombination aus mechanischem und einem Perpetuum Mobile mit Flüssigkeiten..) angefangen, allerdings das ganze dann auch nur solange bis ich entsetzt feststellen musste, dass man ja immer völlig automatisch und auch deshalb unaufhaltsam, gegen eines der drei Gesetze verstösst, welches einen solchen Aufbau deshalb auch unmöglich macht.
Perpetuum - Mobile Die Erklärung via. copy&paste dieser Seite entnommen....
Perpetuum Mobile 1. Art
Spoiler
Ein Perpetuum Mobile wird je nachdem, nach welchem thermodynamischen Hauptsatz es unmöglich ist, in verschiedene Arten eingeteilt. Ein Perpetuum Mobile 1. Art verstößt dementsprechend gegen den ersten thermodynamischen Hauptsatz, dem Energieerhaltungssatz. Er besagt, dass in einem abgeschlossenen physikalischen System Energie weder vernichtet noch erzeugt wird. Sie wird lediglich in eine oder mehrere andere Energieformen umgewandelt und bleibt damit zeitlich konstant.
Ein Perpetuum Mobile 1. Art würde nicht nur genug Energie produzieren, um sich selbst in Gang zu halten, sondern zusätzlich freie Energie zur Nutzung zur Verfügung stellen, also einen Wirkungsgrad von über 100 Prozent haben. Da Energie aber nicht aus dem Nichts entstehen kann, würde der erste Hauptsatz der Thermodynamik verletzt. Es ist bereits unmöglich, genügend Energie zu erzeugen, um das System am Laufen zu halten, denn bei jeder Bewegung beziehungsweise Umwandlung gibt es Verluste. Diese führen letztlich zu einer Temperaturerhöhung an dem Teil, an dem sie entstehen. Durch Konvektion, Wärmeleitung oder Strahlung wird die Energie an die Umgebung abgeben. Dies ist nicht wieder aufzuheben, da Wärme nur von warm nach kalt abgeben werden kann, nicht aber andersherum. Da so immer mehr Energie verloren geht, muss die Maschine früher oder später stehenbleiben.
Da es also schon nicht möglich ist, ein Perpetuum Mobile zu schaffen, das sich durch die selbst erzeugte Energie in Gang hält, ist es folglich auch nicht möglich, zusätzlich freie Energie nutzbar zu machen.
Theoretische Beispiele für Perpetuum Mobile 1. Art
Ein gutes Beispiel für ein Perpetuum Mobile stammt aus dem Jahr 1580. Die Idee besteht darin, dass ein Wasserrad eine archimedischen Schraube antreibt, mit Hilfe derer das Wasser wieder in ein höheres Reservoir befördert wird. Folge ist, dass das Wasser zum Betreiben des Wasserrads im oberen Reservoir niemals versiegt. Darin würde der „einfache“ Kreislauf bestehen, doch zusätzlich soll dieses Perpetuum Mobile genügend freie Energie erzeugen, um einen Schleifstein zu betreiben, an dem Messer geschärft werden können. Aus den oben genannten Gründen ist dies jedoch nicht möglich. Das Wasserrad kann sich nicht endlos weiterdrehen, geschweige denn freie Energie für den Betrieb des Schleifsteins abwerfen. Solche Maschinen mit einem geschlossenen Wasserkreislauf werden auch trockene Wassermühlen oder Rezirkulationsmühlen genannt. Früher trugen sie den Namen aqua morta, was „totes Wasser“ bedeutet. Eine solche Rezirkulationsmühle wurde beispielsweise im Jahr 1618 auch vom englischen Mystiker und Physiker Robert Fludd vorgeschlagen. Nach seinen Vorstellungen sollte die trockene Wassermühle mit einem Wasserrad als Hebewerk arbeiten. Auch dieses Perpetuum Mobile ist natürlich aus den genannten Gründen nicht möglich. Rezirkulationsmühlen müssten nach der Vorstellung der Erfinder jedoch nicht mit Wasser betrieben werden. Es gab auch Versuche diese als Kugellaufmaschinen zu betreiben. Solche Systeme können deshalb nicht funktionieren, weil jede der Kugeln auf einem geschlossenen Pfad verläuft und so keine nutzenbringende freie Energie erzeugen kann. Es treten bei einem solchen System hohe Reibungsverluste auf, so dass es nicht lange dauern kann, bis die Kugellaufmaschine zum Stillstand kommt.
Ein weiteres Beispiel für ein Perpetuum Mobile 1. Art wäre ein Konstrukt, bei dem ein Akkumulator eine Lampe mit Strom versorgt, deren Licht wiederum mittels eines Fotoelements aufgenommen wird. Damit wird freie Energie in Form von Strom erzeugt, welche teils dazu dient den Akkumulator wieder aufzuladen und teils anderweitig genutzt wird. Auch dieses theoretische Perpetuum Mobile ist in dieser Form nicht möglich. Nach einem ähnlichen Prinzip würde eine Konstruktion funktionieren, die aus einem Elektromotor und einem Generator besteht. Dabei soll der Elektromotor einen Generator betreiben, der seinerseits den Elektromotor mit Strom versorgt. In einem solchen System würde idealerweise noch freie Energie übrig bleiben, um zum Beispiel ein Fahrzeug anzutreiben. Aus oben genannten Gründen ist aber auch dies nicht möglich.
Scheinbare Perpetuum Mobile 1. Art
Es gab und gibt immer wieder Erfindungen, die für ein Perpetuum Mobile gehalten wurden, was sich aber letztlich als falsch herausstellte. Wie eingangs festgehalten muss es sich bei einem Perpetuum Mobile um ein geschlossenes System handeln, welches ohne Zuführung von Energie von außen freie Energie nutzbar macht. In allen Fällen von potentiellen Perpetuum Mobile 1. Art wirkte jedoch an irgendeiner Stelle Energie von außen ein. Es handelte sich somit nicht um geschlossene Systeme und damit folglich auch nicht um Perpetuum Mobile.
Ein Beispiel hierfür ist das Zamboni-Pendel, welches im Jahr 1830 von Giuseppe Zamboni erfunden wurde. Es wurde von vielen Menschen als Perpetuum Mobile gedeutet, da es über mehrere Jahrzehnte ohne Unterbrechung lief. Es handelt sich jedoch nicht um ein Perpetuum Mobile. Das Zamboni-Pendel ist ein elektrostatisches Pendel, welches von der Zamboni-Säule angetrieben wird, die wiederum von Zamboni im Jahr 1812 erfunden wurde. Bei der Zamboni-Säule handelt es sich um eine Hochspannungs-Trockenbatterie. Dank ihr kann ein Zamboni-Pendel bis zu 147 Jahren laufen, ohne dass die Batterie ausgewechselt werden muss.
Perpetuum Mobile 2. Art
Spoiler
Die Idee eines Perpetuum Mobile 2. Art ist es, aus Umgebungswärme Arbeit zu gewinnen. Das heißt, durch örtliche Abkühlung gewonnene Wärme soll komplett in mechanische Arbeit umgesetzt werden. Durch die Entziehung von Wärme soll mechanische Leistung entstehen. Wie bereits erwähnt, werden Perpetuum Mobile nach dem thermodynamischen Hauptsatz klassifiziert, dem sie widersprechen. Ein Perpetuum Mobile 2. Art verletzt nicht den ersten thermodynamischen Hauptsatz, sondern den zweiten, nach dem es nicht möglich ist, dass Wärme von einem Körper niedrigerer Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergeht. Man kann die Umwandlung von Arbeit in Wärme nicht rückgängig und dadurch freie Energie nutzbar machen.
Warum es nicht funktioniert
Ein Perpetuum Mobile der 2. Art ist also ein Konstrukt, welches versucht, Wärme an einem Ort aufzunehmen und in andere Energieformen umzuwandeln. Dies spricht insofern nicht gegen den Energieerhaltungssatz, als dass Maschinen möglich sind, welche Wärme in andere Energieformen wie zum Beispiel Strom umwandeln, vorausgesetzt, die Energieerhaltung wird beachtet. Nun ist es aber so, dass von Maschinen, welche Wärme in andere Energieformen umwandeln, vier Voraussetzungen erfüllt werden müssen, damit der zweite thermodynamische Hauptsatz nicht verletzt wird. Zum einen muss sowohl ein heißer als auch ein kalter Punkt gegeben sein. Zum anderen muss eine Wärmekraftmaschine zwischen dem heißen und dem kalten Punkt arbeiten. Weiterhin muss die Wärme durch die Wärmekraftmaschine fließen, welche die Wärme zum Teil in eine höherwertige Energieform umwandelt. Teils wird die Energie der Wärme aber auch am kalten Punkt durchgeleitet. Dies ist also der springende Punkt, warum das Perpetuum Mobile dem zweiten thermodynamischen Hauptsatz widerspricht: Die Wärme über die Maschine muss zumindest zu einem Teil zum kälteren Punkt abfließen, denn andernfalls kommt es bereits nach sehr kurzer Zeit zum Stillstand der Maschine. Hinzu kommt, dass die Differenz der Temperatur zwischen dem kalten und dem warmen Punkt Einfluss auf den Wirkungsgrad der Maschine nimmt. Je kleiner die Temperaturdifferenz ist, desto niedriger ist auch der Anteil höherwertiger Energie, die umgewandelt wird.
Theoretische Beispiele für Perpetuum Mobile 2. Art
Verschiedene theoretische Beispiele für Perpetuum Mobile sind denkbar. Ein Beispiel wäre etwa ein Rad, für welches Antriebsenergie ausschließlich aus Zimmerwärme gewonnen wird, und das sich deshalb fortwährend weiter dreht. Dies ist allerdings nicht möglich, da die Energie in die falsche Richtung fließen müsste. Bei der Drehung des Rades entsteht schließlich Reibung, durch die sich das Rad erwärmt. Damit liegt die Temperatur des Rades über der Zimmertemperatur. Energie aus der Zimmerwärme kann daher auf diesem Weg nicht gewonnen werden. Ein Kochtopf, der nur durch Wärme aus der Zimmerluft erhitzt wird, gänzlich ohne, dass ihm auf andere Weise Energie von außen zugeführt wird, ist ein ähnliches Beispiel, was das Prinzip noch deutlicher macht. Schließlich soll der Kochtopf immer heißer werden, so dass seine Temperatur deutlich über der Zimmertemperatur liegt. Ebenfalls kann man sich ein Perpetuum Mobile 2. Art anhand eines Kühlschrankes vorstellen, dessen Kompressor mit Hilfe der den gekühlten Lebensmitteln entzogenen Wärme angetrieben wird.
Auch ein Schiff, welches bei seiner Fahrt über ein Gewässer ausschließlich durch freie Energie angetrieben wird, die als Wärme aus dem Wasser entzogen wird, wäre ein Perpetuum Mobile 2. Art. Beim Antrieb des Schiffsmotors würde sehr viel Wärme entstehen, auch hier müsste die Energie in die falsche Richtung fließen. Keines dieser Beispiele ist daher nach dem aktuellen Stand physikalisch möglich.
Scheinbare Perpetuum Mobile 2. Art
Es gibt zahlreiche Erfindungen, die aus Umgebungswärme Arbeit gewinnen und die - zumindest auf den ersten Blick - den Anschein erwecken, Perpetuum Mobile zu sein. In vielen Fällen wird dabei zum Bau ein leichtgängig gelagertes Rad verwendet, welches in Drehung versetzt wird, indem es eine Gewichtsverlagerung erfährt. Dies geschieht durch geringste Veränderungen der Umgebungstemperatur. Ein Beispiel hierfür ist das Feyman-Rad. Darunter versteht man ein flexibles Rad, welches über Gummiband-Speichen verfügt. Diese Gummibandspeichen ziehen sich auf der wärmeren Seite zusammen und entspannen sich auf der kälteren Seite wieder, so dass das Rad in Bewegung gerät. Tatsächlich dreht sich so ein Rad über eine ziemlich lange Zeit, doch es handelt sich trotzdem nicht um ein Perpetuum Mobile. Das Feyman-Rad erfüllt im Gegensatz zu allen Perpetuum Mobile zweiter Art nämlich die Voraussetzungen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. In der Maschine wird Wärme von der kalten Seite aus zur warmen Seite transportiert, also handelt es sich letztlich um Wärmekraftmaschinen, bei denen sehr geringe Temperaturunterschiede ausgenutzt werden. Bei manchen Erfindungen wird auch die Zunahme der Entropie bei der Verdunstung von Wasser genutzt. Dies ist zum Beispiel bei dem sehr bekannten Trinkvogel der Fall. Dieser besteht aus einem Glasbehälter, in dem sich eine hermetisch eingeschlossene Flüssigkeit befindet. Der Trinkvogel befindet sich in einem Gestell, so dass er sich drehen kann. Sobald man unter ihm ein Glas Wasser platziert und seinen Schnabel einmal ins Wasser taucht, richtet sich der Vogel immer wieder auf, nur um danach seinen Schnabel sofort wieder ins Wasser abzusenken. Der Trick hierbei ist schlicht und ergreifend die Verdunstungswärme. Die Schnabelspitze des Vogels ist mit einer Schicht aus Filz bedeckt, von der das Wasser beim Aufrichten verdunstet. Damit wird dem Kopf des Vogels Wärme entzogen und die Flüssigkeit im Inneren des Vogels kondensiert. Der Kopf des Vogels gewinnt dadurch wieder ein größeres Gewicht. Auch hierbei handelt es sich also nicht um ein Perpetuum Mobile, auch wenn der Trinkvogel auf den ersten Blick eindrucksvoll scheint.
Perpetuum-Mobile 3. Art
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Im Gegensatz zu den zwei anderen Arten von Perpetuum-Mobile erzeugt das Perpetuum-Mobile 3. Art keinerlei freie Energie, um Arbeit zu leisten. Unter einem Perpetuum-Mobile 3. Art versteht man lediglich immerwährende Bewegung. Ihm wird keine Energie zugefügt und doch bleibt es in Bewegung, ohne sich nach einer gewissen Zeit abzubremsen.
Vorbilder für Perpetuum-Mobile 3. Art
Vorbilder für ein solches Perpetuum-Mobile wurden in der früheren Literatur oft auch Perpetuum-Mobile Naturae genannt, da sich solche Perpetuum-Mobile in der Natur wiederfinden lassen. Ein Beispiel für ein solches Perpetuum-Mobile ist der Umlauf von Planeten um Sterne sowie die Rotation von Planeten. Hierbei handelt es sich um „Beinahe- Perpetuum-Mobile“, die deshalb funktionieren, weil bei ihnen die Reibung kein wesentlicher Faktor ist. Wie bereits in den anderen Abschnitten erläutert, ist die Reibung beziehungsweise der Widerstand der Grund dafür, dass es bei jeder Bewegung des Systems Verluste gibt, die zwangsläufig dazu führen, dass sich die Bewegung zunächst verlangsamt und es schließlich zum Stillstand kommt. Da dies beim Lauf der Planeten (fast) nicht der Fall ist, haben diese Perpetuum-Mobile die Menschen in früheren Zeiten dazu inspiriert, diese Wirkungsweise mit der Erfindung verschiedener Perpetuum-Mobile Physicae zu imitieren. Man wollte in einem kleineren Maßstab das Werk Gottes verstehen und nachahmen, was die Erfinder zeitweilig in die Gefahr brachte, als Ketzer zu gelten. Doch auch kirchliche Wissenschaftler wie die Jesuiten beschäftigten sich mit der Entwicklung eines Perpetuum-Mobile.
Perpetuum-Mobile 3. Art im mikroskopischen Bereich
Während ein Perpetuum-Mobile 3. Art im makroskopischen Bereich nur unter stark idealisierten Umständen, das heißt, in einer reibungsarmen Umgebung funktionieren kann, finden sich im mikroskopischen Bereich Perpetuum-Mobile 3. Art: Prozesse, die keine freie Energie hervorbringen, sondern einfach immerwährend ablaufen. Dort kommen sie ständig vor, so wie dies zum Beispiel bei Supraleitern der Fall ist.
Supraleiter
Unter Supraleitern versteht man Materialien, deren elektrischer Widerstand unterhalb einer kritischen Temperatur auf einen unmessbar kleinen Wert fällt. Er ist damit gleich null. Dadurch kann sich im Inneren eines Supraleiters kein Magnetfeld ausbilden. Wenn von außen ein Magnetfeld angelegt wird, kommt es zur Induzierung eines Kreisstroms. Um ihn auszugleichen, wird innerhalb des Supraleiters ein entgegengesetztes Feld aufgebaut. Da es nun an elektrischem Widerstand fehlt, wird das Magnetfeld nicht mehr schwächer, sondern bleibt erhalten. Es handelt sich also bei einem solchen Vorgang um ein Perpetuum-Mobile 3. Art.
Scheinbare Perpetuum-Mobile der 3. Art
Auf den allerersten Blick könnte bei der so genannten Lichtmühle ein Perpetuum-Mobile gegeben sein. Sie besteht aus einer Glaskugel, in der an einem Flügelrad mehrere lediglich auf einer Seite geschwärzte Plättchen befestigt sind. Bei nicht so genauer Betrachtung dreht sich das Flügelrad mit den Plättchen völlig von selbst. Dem ist nicht so, denn das Rädchen dreht sich ausschließlich dann, wenn Lichteinstrahlung erfolgt und es dreht sich unterschiedlich stark, je nachdem, wie stark das Licht ist. Fällt die Lichteinstrahlung gänzlich weg, steht auch das Rädchen still. Es handelt sich also keinesfalls um ein Perpetuum-Mobile. Die Lichtmühle funktioniert, wenn die geschwärzte Seite Licht beziehungsweise Wärmestrahlen absorbieren kann und dabei gut von der nicht geschwärzten Seite des Plättchens isoliert ist. Wird die Lichtmühle nicht bestrahlt, findet eine gleichmäßige thermische Bewegung der Gasmoleküle in der Glaskugel statt, das Rad bewegt sich nicht. Wird aber die geschwärzte Seite der Plättchen durch Lichteinstrahlung erwärmt, kommt es zu einer stärkeren Bewegung der Moleküle auf dieser Seite. Als Folge dieser stärkeren Bewegung wird das Flügelrad je nach Lichteinstrahlung mehr oder weniger stark gedreht. Die Energie kommt also auch hier von außen, es handelt sich daher nicht um ein Perpetuum-Mobile.
............Mechanische Perpetuum Mobile.......

........ Magnetische Perpetuum Mobile .......

....... Perpetuum Mobile mit Flüssigkeiten
