miniatura|Roda desequilibrada per provar d'aconseguir un moviment perpetu. El moviment perpetu és el concepte imaginari del moviment que continua indefinidament, sense aturar-se, sense cap font d'energia externa. No hi ha dubtes que és totalment impossible a causa de les pèrdues d'energia per fregament o altres forces no conservatives, o bé perquè s'ha fet alguna suposició que viola la primera o la segona llei de la termodinàmica (o totes dues). La primera llei estableix que l'energia total d'un sistema aïllat roman constant en el temps, i una de les formulacions més comunes de la segona llei afirma que l'entropia d'un sistema aïllat no pot disminuir amb el temps.
El terme «mòbil perpetu» sovint es fa servir per a descriure una màquina de moviment perpetu de primera classe, una màquina hipotètica, la qual, una vegada activada, podria continuar funcionant i produint treball indefinidament sense entrada d'energia externa a aquesta. Cal notar que les lleis de la termodinàmica s'apliquen a un sistema aïllat (és a dir, un sistema que no pot intercanviar ni massa ni energia amb el seu entorn), mentre que un sistema tancat sí que pot intercanviar energia, encara que no pugui intercanviar massa.
La idea del moviment perpetu sorgí en el a l'Índia i s'estengué cap a l'occident per mitjà dels àrabs. El primer document on es parla d'una màquina per aconseguir un moviment perpetu és al tractat Siddhānta-Śiromaṇi del 1150, obra del matemàtic i astrònom indi Bhaskara Achariya (Bhaskara el professor) (ca. 1114-ca.1185). A Europa entre 1617 i 1903 foren registrades a la Gran Bretanya més de 600 sol·licituds de patents sobre aparells de moviment continu. Tot i això, la decisió de tots aquests tipus d'enginys de moviment continu posà la comunitat científica en contra d'aquesta idea durant el i el . A més, la formulació del primer i del segon principi de la termodinàmica, a mitjan , suposà la fi del concepte. Una anàlisi detallada de la màquina revela invariablement que, o bé hi ha alguna suposició que viola les lleis de la termodinàmica, o bé hi ha alguna aportació d'una font d'energia externa, la qual cosa significa que el sistema no és aïllat.miniatura|Animació d'una roda desequilibrada de moviment perpetu de primera classe, segons el disseny d'Honnecourt. Classes Bàsicament, hi ha tres classes de dispositius de moviment perpetu.
Moviment perpetu de primera classe miniatura|Roda amb bolles que s'allunyen i apropen a l'eix, amb la qual cosa s'aconsegueix suposadament mantenir el moviment. En aquesta classe de moviment un mecanisme, un cop posat en marxa mitjançant l'aportació d'una certa quantitat d'energia d'una font externa, continuarà indefinidament fent treball útil sense aportar-li més quantitat energia de la font externa. Aquest mecanisme violaria el primer principi de la termodinàmica, i no és, per tant, possible. Molts intents històrics, fent gala de gran ingenuïtat, van ser construïts abans que el concepte d'energia i la seva conservació fossin compresos. Alguns inventors han realitzat diversos intents, després que el primer principi de la termodinàmica fos generalment acceptat, buscant contradiccions a les lleis de la naturalesa. miniatura|Màquina d'Orffyreus (moviment perpetu de primera classe).Aquest primer tipus inclou aquells dispositius que pretenen subministrar més energia d'un cos que cau o gira que la necessària per restaurar aquests dispositius al seu estat original. El més comú d'aquests, i el més antic, és la roda desequilibrada. En una versió típica, els braços flexibles estan fixats a la vora exterior d'una roda muntada verticalment. Es disposa una cubeta inclinada per transferir els pesos esfèrics dels braços plegats d'un costat de la roda als braços completament estesos de l'altre. La suposició implícita és que els pesos exerceixen més força cap avall als extrems dels braços estesos que la que cal per aixecar-los a l'altre costat, on es mantenen més a prop de l'eix de rotació pel plegament dels braços. Aquesta suposició viola la primera llei de la termodinàmica, també anomenada llei de conservació de l'energia, que estableix que l'energia total d'un sistema és sempre constant. El primer dispositiu d'aquest tipus a Europa fou suggerit per Villard de Honnecourt (1200-1250), un arquitecte francès, repetint la idea del matemàtic indi Bhaskara. Dispositius reals foren construïts per Edward Somerset (1622-1667), segon marquès de Worcester (1601–1667), i per l'inventor alemany Johann Bessler, conegut com a Orffyreus (1680–1745). Ambdues màquines feren demostracions impressionants per la seva capacitat de funcionar durant llargs períodes, però no podien funcionar indefinidament.
Un altre intent fallit de crear el moviment perpetu violant la primera llei de la termodinàmica fou el molí d'aigua de cicle tancat, com el que proposà el metge anglès Robert Fludd (1574-1637) el 1618. Fludd s'equivocà en pensar que l'energia creada per l'aigua que passava per sobre d'una mola de molí superaria l'energia necessària per tornar a fer pujar l'aigua mitjançant un cargol d'Arquimedes.
Moviment perpetu de segona classe miniatura|Màquina de moviment perpetu de Robert Fludd (1618). Encara que aquesta màquina podria no haver funcionat realment, la seva intenció era la de bombar aigua.Els moviments perpetus de segona classe són moviments en què un mecanisme extreu calor d'una font i la converteix en una altra forma d'energia sense produir un augment d'entropia. Un exemple d'aquest mecanisme seria un vaixell que utilitza l'energia interna dels oceans per a la propulsió. Aquest dispositiu no contradiu la primera llei de la termodinàmica, però sí que contradiu la segona llei. En el cas del vaixell, el mar hauria de ser més calent que el vaixell per establir un flux net de calor. Això no pot passar sense una font d'energia externa.
Un dels fracassos més notables en aquesta categoria fou el «motor zero» ple d'amoníac desenvolupat a la dècada de 1880 per John Gamgee (1831–1894) a Washington D. C. Gamgee anomenà zeromotor, a la seva màquina perquè la seva temperatura normal de funcionament era de zero graus Celsius. El zeromotor no era gaire diferent d'una màquina de vapor ordinària, tret que el fluid de treball era l'amoníac en lloc de l'aigua. L'amoníac líquid es vaporitza a baixa temperatura i, a zero graus Celsius, el gas exerceix una pressió de quatre atmosferes. Gamgee raonà que la transferència de calor de l'entorn, en lloc de l'energia subministrada per la combustió de combustible, seria suficient per transformar l'amoníac, el fluid de treball, de líquid a gas. A més, raonà que l'amoníac, en empènyer el pistó i expandir-se, es refredaria, es condensaria i aniria a parar a un dipòsit, moment en el qual el cicle podria tornar a començar. Tanmateix, no considerà la necessitat de refrigerar el costat de retorn del seu motor per convertir l'amoníac gas en líquid i que l'energia necessària per fer-ho és més gran que la que produeix el motor.
Moviment perpetu de tercera classe El moviment perpetu de tercera classe és una forma de moviment que continua indefinidament sense fer treball útil. Un exemple és el moviment molecular aleatori en una substància. Aquest tipus de moviment perpetu requereix eliminar completament la fricció. Un mecanisme consistent en coixinets sense fricció mantinguts en un buit podria girar indefinidament, un cop començat el moviment, sense violar ni el primer ni el segon principi de la termodinàmica, sempre que no fes treball extern. L'experiència indica que a la física macroscòpica aquesta condició no es pot assolir. A l'escala microscòpica, però, una anella de cable superconductor, que no presenta resistivitat elèctrica a baixa temperatura (generalment al voltant dels 20 K), mantindrà un flux perpetu de corrent sense l'aplicació de cap energia externa. Malauradament, l'energia necessària per mantenir la baixa temperatura supera el treball resultant del flux superconductor. Això es pot considerar una forma de moviment perpetu de tercera classe, si s'ignora l'energia requerida per refredar el fil a temperatures superconductores. miniatura|Portada de l'edició de 1932 de L'autre monde ou Les états et empires de la Lune et du Soleil de Cyrano de Bergerac. Existeixen en la natura casos d'aparent moviment perpetu, però aquests moviments no són veritablement perpetus. Per exemple, el moviment de rotació dels cossos celestes com són els planetes pot semblar perpetu, però estan realment subjectes a moltes forces com són el vent solar, el medi interestel·lar, la resistència, la gravetat, la radiació tèrmica i la radiació electromagnètica.
El flux del corrent elèctric en un bucle superconductor pot ser perpetu i podria ser usat com un medi d'emmagatzemar energia, però seguint el principi de conservació de l'energia la font de l'«output» d'energia podria ser, de fet, originada per l'«input» d'energia amb el qual prèviament s'havia carregat.
Moviment perpetu en la literatura Sent una cosa impossible, les màquines de moviment continu han aparegut moltes vegades a la literatura de ficció. Per exemple, a L'autre monde ou Les états et empires de la Lune et du Soleil (1657), del francès Cyrano de Bergerac (1619-1655) es descriuen diversos mètodes per viatjar a la Lluna. Un consisteix en una nau de ferro, molt lleugera, i en una bala magnètica. El viatger llança la bala cap amunt i aquesta atrau la nau. Quan la nau arriba a la bala, el viatger torna a llançar-la i així successivament. Això, efectivament, permetria donar un impuls inicial a la nau. Però, un cop a l'aire, l'impuls adquirit per la bala (i que es transmet a la nau) es compensa amb l'impuls cap avall que rep el viatger en llançar la bala. És a dir, el mètode no funciona, encara que no té res a veure amb el moviment continu. Però el protagonista afegeix: «Amb només sostenir la bala a certa distància per sobre de la meva nau, aquesta pujava en forma ininterrompuda». És a dir, la nau intentava assolir l'imant, que es mantenia sempre per sobre. Això sí que és una màquina de moviment continu i, per descomptat, tampoc no pot funcionar: l'imant atrau la nau i la nau atrau l'imant. Les dues atraccions es cancel·len i cap dels dos no es mou.
A Escenes de temps cavallerescos (1835), del rus Aleksandr Puixkin (1799-1837), el protagonista somia construir una màquina de moviment continu: «Perpetuum mobile és moviment perpetu. Si trobo el moviment perpetu, jo no veig límits a la creació de la humanitat... és que, el meu amable Martí, fer-ho és, una tasca seductora, mobile... oh!...».
Notes
Enllaços externs The Museum of Unworkable Devices . Vlatko Vedral's Lengthy discussion of Maxwell's Demon (PDF). "Perpetual Motion - Just Isn't.» Popular Mechanics, January 1954, p. 108–111.
Categoria:Física Categoria:Pseudociència