Igiliikurid

Igiliikureid on kas liiki, need mis üritavad ära petta energia jäävust  (TD I printsiip)  ja need, mis hiilivad ümber entroopia kasvu (TD II printsiip). Üks võimalus pidavat olema igavese tasuta energia (free energy) kasutamine. Siis veel mõned üksikud, mis eiravad Newtoni seadusi, Pascali seadust jms.

Hans-Peter Gramatke: võib-olla parim kogu seletusi, miks igiliikurid ei tee seda, mida neilt oodatakse. See ei ole elementaarne! Kaugel sellest, näiteks magnetigiliikurite võimatus on päris paras pähkel seletada.

Donald Simaneki mälestuseks: teadusfilosoofiat, pettuste ja pettumuste lugusid, mittetöötavate masinate muuseum.

Siit tulevad mõned näited:

Linnuke toimetab ja täpsemalt neist linnukestest. Olgugi väike mänguasi, see on paljusid ära petnud, väidetavalt isegi Albert Einsteini enda.

Isepöörlev ratas, see töötab iseenesest, ilma et tal oleks mingit välist energiaallikat, patareisid, mootorit vms. Müstika! Kuidas see võimalik on?

Tõeline perpetum mobile on uudishimu ja teadus!

Lõpuks:

The Keely Motor Company pidi kasutusele võtma uue senitundmatu energiaallika, universumi vibratsioonenergia, millega saab käimas hoida hüdrovaakummootorid. Või umbes nii...

John Worrell Keely ise kirjutab sellest nii:

„With our present knowledge no definition can be given of the latent force, which, possessing all the conditions of attraction and repulsion associated with it, is free of magnetism. If it is a condition of electricity, robbed of all electrical phenomena, or a magnetic force, repellant to the phenomena associated with magnetic development, the only philosophical conclusion I can arrive at is that this indefinable element is the soul of matter.“

Inimene seda tõlkida ei suuda, aga roboti tõlge on selline:

 „Praeguste teadmistega ei saa määratleda varjatud jõudu, mis omakorda koos kõigi sellega kaasnevate atraktiivsuse tingimustega on magnetismist vaba. Kui see on elektrilise seisundi, röövinud kõik elektri nähtused või magnetvälja jõud, mis on repellant magnetvälja arenguga seotud nähtustele, on ainus filosoofiline järeldus, mille ma võin jõuda, on see, et see määratlematu element on materiaalne hing.“

Sellesse investeeriti ja see lõppes halvasti.

Päris lõpuks:
Meil on päris oma igiliikurite entusiast ja uute energialiikide avastaja. Tal ei läinud elus väga hästi.

Kalev Jaik (1942 – 2021)

Entroopia, S –, füüsikaline suurus, millega kirjeldub segadus, hajumine, ühtlustumine, korratus, kaos

Kui vana sa olid, kui esimest korda kohtusid statistilise füüsikaga?

Michio Kaku ja Morgan Freeman

Termodünaamika II printsiip... Jah, kuidas seda öelda? Võib-olla see, et entroopia kasvab iseenesest, aga kahaneb suure vaeva ja kuluga.

Rudolf Clausius (1822 - 1888): Soojus (soojushulk, soojusenergia) läheb (liigub, voolab) iseeneslikult alati soojemalt kehalt külmemale. Seepärast temperatuurid ühtlustuvad, lõpuks saabub termodünaamiline tasakaal.

Kas külmik rikub termodünaamika II printsiipi?

Veelkord, termodünaamika II printsiipi võib sõnastada mitmeti:

• Soojus ei saa iseenesest üle minna külmalt kehalt kuumemale.
• Isoleeritud süsteemis kulgevad kõik protsessid entroopia kasvu suunas.
• Protsess, mille ainsaks tulemuseks on soojuse ülekandumine külmemalt kehalt kuumemale ei ole võimalik.
• Jne

Elu- ja tööruume tahaks üha rohkem jahutada. Seda oli imelik rõhutada, kui meie siinpool pigem kütame ja muretseme, aga meenutades viimaseid suvesid – enam mitte. Näis palju seda kütmist järgmine kord tuleb ja palju suvel jahutust vaja läheb.

Arthur Schoppenhauer (1788 – 1860), pessimistlik filosoofia. Tõepoolest, kui vaadata tema tsitaate, see ei paista kuigi rõõmustav. Samas ei tähenda inimese (isegi filosoofi) kohta kuigi palju see, mida ta kirjutab ja ütleb. Nii ehk naa, termodünaamika II printsiip andis 19. sajandi pessimistidele hea võimaluse – UNIVERSUMI SOOJUSSURM. Kõik jahtub, lahjeneb, hävib, sureb...

Ludwig Boltzmann (1844 – 1906) leidis termodünaamika statistilise selgroo. Kui me sõnastame termodünaamika II printsiibi entroopia kasvu seadusena, siis võib ehk öelda, et soojuse iseeneslik üleminek külmalt kehalt kuumale ei ole võimatu. Seda ei lihtsalt ei juhtu. Õieti selle juhtumise tõenäosus ei erine mõistlikul määral nullist.

Keda huvitab termodünaamika, tõepoolest?

Steve Mould räägib kõik selle jutu ühe jutiga ära.

And Now for Something Completely Different

Maxwelli deemon 

Termodünaamika I printsiip

1. Keha temperatuur võib muutuda kahel põhjusel, st keha siseenergia muutub (ΔU) kas soojushulga (Q) ülekande või töö (A) tõttu:

 ΔU=Q-A

Seesama on paberile trükitud kohe Energia kursuse esimeseks tunniks, kuigi üsna väikeste tähtedega. Igastahes võib vabalt öelda, et termodünaamika I printsiip toob ühte valemisse ehk lausesse kokku soojuse ja mehaanika energia jäävused. See on suur üldistus ja tänapäevase energia kontseptsiooni algatus.

3. Leidub neid, kes arvavad, et termodünaamikal on kolmaski printsiip – absoluutne nulltemperatuur on saavutamatu. Külmarekordite hulgas on Aalto ülikooli saavutatud 100pK, ka Jaapani külmalaborid on sinnasamasse jõudnud. Sealt edasi on juba väga keeruline ja ükskõik kui osavaks krüotehnikud ka lähevad, 0K±0K ei ole printsiibiliselt võimalik.

Mida suudab aurumasin?

ERM-i kõige raskem eksponaat, räägitakse et umbes 10 tonni. Aurulokomobiil Lanz.

Proovige, kas saate auruarvutusega hakkama. Pärit neist aegadest, kui aurumasina rehkendamise oskus kuulus iseenesest mõista keskhariduse juurde ja ikka füüsikatundide kaudu.

Ja veel, üks tagurpidi ülesanne. 

Vaata Põllmajandusmuuseumi aurutehnika infolehte ja tee ise üks hea füüsika ülesanne. Midagi neist andmeist ju ikka arvutada saab?

Soojusmasinad

Sise-energiat võib muuta töö. Kui miski teeb tööd, siis ta jahtub ja vastupidi, kui millegi kallal töötada, siis ta soojeneb. Soojusmasinad ei ole masinad, mis annavad soojust. Soojusmasinad teevad soojuse arvel tööd. 

Rocket ja Паровоз Гр-319

Ta sõidab! Nad teevad häält!

Vanameeste peale võib ikka loota, seda muidugi.

Soojusmasinad, skeem ja kasutegur

 

Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 – 1832) kirjutas raamatu tule liikumapanevast jõust. Kuigi aurumasinad olid juba tuntud, polnud neil sinnamaani head teooriat. Carnot pooldas algul vananevat soojusvedeliku teooriat, aga see ei seganud teada loomast päris korralikku soojusmasinate teooriat. Tõsi, matemaatilise kuju andsid tema tööle teised insenerid.

Asja põhisisu on selles, et soojusmasina tööks on vaja temperatuuride vahet, siis „voolab“ soojus soojendilt jahutile (tänapäevases kõnepruugis, soojushulk läheb soojendilt jahutile üle) ja osa sellest muutub mehaaniliseks tööks. Nii on, teisiti soojusmasin töötada ei saa.

Skeem, kõige lihtsam

Carnot tsükkel videos

Heroni kera

Varemalt kutsuti neid meie kõige tavalisemaid mootoreid (autod, motikad, muruniidukid, saed jne) plahvatusmootoriteks. See on päris õige teminoloogia, aga mis ja kuidas seal siis plahvatab, seda on Destin juba aastaid näha tahtnud? Just, 5:15 parimad kaadrid.

Gaasid, gaasid, gaasid!

Ideaalgaas ja ideaalne gaas

Mudel, Falstad

Mudel, PhET

Isoprotsessid

Soojusbilanss

 Termoses on 500 grammi 20-kraadist vett.

Termosesse kallatakse juurde 100 grammi sooja vett, mille tulemusena tõusis vee temperatuur termoses 30 kraadini.

Milline oli juurde lisatava sooja vee temperatuur?

Kütteväärtused

Sise-energia muutus, mida me kirjeldame temperatuuri tõusu või langusena võib tulla soojusülekandest. See võib käia soojusjuhtivuse, konvektsiooni või kiirguse kaudu. Tihti, liiga tihti saame vajalikud soojushulgad kütuste põletamisest. Kõik kütused ei ole võrdsed, mõned on väärtuslikumad, näiteks annavad ühest kilogrammist või ühest eurost suurema soojushulga:

Q = k·m

Soojushulk, energia, mida kantakse üle ühelt kehalt teisele – Q [J], põletatud kütuse kogus, st mass – m [kg], kütteväärtus – k [J/kg]. Kütteväärtuse tähis võib olla ka r, q või mis iganes, aga ühik on ikka [J/kg], kui ta just ei ole [kcal/g], [MWh/t] või mis iganes.

A) Kütused, mida saab kaevandada ja toota: 

Vesinik 142 MJ/kg – parim, aga seda küll loodusest ei leia

Metaan 55,5 MJ/kg

Vedelkütused 45-47 MJ/kg – väga jube asi, seda leiab küll maa alt, aga enamasti vajab töötlemist

Piiritus, üldisemalt alkoholid (mõni neist üsna jube) 30 MJ/kg

Süsi 15-33 MJ/kg

B) Midagi me võime ikka oma loodusest ka leida: 

Puit 13-17(24) MJ/kg

Pelletid 19 MJ/kg

Turvas 15 MJ/kg

Põlevkivi 4,9-11,3 MJ/kg

C) Kaugete maade loodusest:

Kaamelisõnnik, oluline kütteaine, väidetavalt umbes 15 MJ/kg.

D) Ei ole hea kütus, aga oluline mingil teisel põhjusel:

Püssirohi 3 MJ/kg

Dünamiit 7,5 MJ/kg

TNT 14,5 MJ/kg

TNT plahvatusel 2,8-4,2 MJ/kg

Vedelkütus+hapnik 10,4 MJ/kg – õhus põletamisel ei loeta hapnikku massi hulka, aga näiteks lõhkeainel ja kosmoseraketis tuleb see paratamatult arvestada.

Põlevkivi, oh seda põlevkivi!

Nonii, mis edasi?

Külm-külm

Станция Восток, −89,2 °C, 21. juulil 1983
Satelliitidelt −93,2 °C 10. august 2010

Oimjakon, Öymököön, Өймөкөөн

Jakutsk

Kuidas läheb?

Eesti külmarekordiga segased lood
  

Madalaim temperatuur, 100pK

Gran Sasso labor, 1m³ vasknõu temperatuuril -273.144°C (0.006 K) 15 päeva 

Bumerangi udukogu 1K, taustkiirgus 2,73K


Kas me räägime kehatemperatuurist? Ei me ei räägi kehatemperatuurist, ikka kehade temperatuurist. Kehatemperatuurist võib muidugi ka rääkida, näiteks sellest, kuidas mõned inimesed nii hästi külma kannatavad.

Väga külm vesi

Wim Hof - Iceman

Uus rekord 2019

Natuke kuuma kah

Surmaorg – 10. juuli 1913 (1922) +56,7 °C.

Võru – 11. august 1992 +35,6 °C.

Narva-Jõesuu jäi vaid 0,2°C alla 7. augustil 2010, sest Venemaal läks mets põlema ja õrn suitsuvine ei lasknud päikesekiirgusel maapinda piisavalt soojendada.

Päikese sees 1,57 · 10⁷ K, fotosfääris (pinnal) 5772 K

Temperatuuriskaalad

Iga lapski teab, et Celsiuse skaala järgi vesi keeb 100°C juures ja jää sulab 0°C juures. See on muidugi õige, aga pole täpne. Ja Celsius ei leiutanud omanimelist skaalat. Mille Fahrenheit leiutas? Sellest on nii palju segast juttu kokku keerutatud, et ei tea keda uskuda. Vaata, mida Derek on välja uurinud.

Täpsemalt skaaldest

Online ühikud

Derek käis Rootsis asja uurimas (8:11):

  Mida Celsius ei teinud...

Derek lasi multika teha (5:23): Mida Fahrenheit tegi...

Mis oli Kelvini nimi? William Thomson muidugi.

Ilus termomeeter, R nagu Réaumur

ITS-90 on tegelikult tänapäevane temperatuuri kindlate punktide süsteem. Neid punkte on palju rohkem kui „jää sulab ja vesi keeb“. Veega on nüüd seotud ainult üks punkt ja see ei ole sulamis- ega keemistemperatuur vaid kolmikpunkt. Sellest kunagi hiljem.

Molekulaarnähtusi

Kõige üldisemalt on nii, et molekulaarfüüsika, soojusfüüsika, soojusõpetus ja isegi termodünaamika on kõik ühe lapse nimed. Termodünaamika, õpetus soojuse (tänapäevases terminoloogias enamasti soojushulga) üleminekust ühelt kehalt teisele, on neist kõige auväärsem ja vanem. Kõik see püsib püsti molekulaarkineetilisel teoorial:

1) Kõik kehad koosnevad molekulidest. (Vabandust, keemikud. Me lihtsalt modelleerime seda nii ja õigustame end sellega, et kosmoloogid on veel hullemad.)

2) Molekulid osalevad lakkamatus, iseeneslikus, kaootilises liikumises, mida nimetatakse soojusliikumiseks. See „näeb välja“ korratu ringikihutamise või mõttetu kohapeal rabelemisena ja see ei ole soojuse liikumine.

Tegelikult see ei ole mingi teoretiseerimine vaid päris tõeline kogum mudeleid ehk teaduslik teooria. Teatud piirini seletuvad sellega paljud nähtused, molekulaarnähtused.

BROWNI LIIKUMINE, on küll äge ja ajaloolistel põhjustel oluline molekulaarnähtus, aga tuleb tunnistada, et täiesti kasutu. Näiteks nii võib Browni ja tema liikumise ära seletada, aga kasumlikku Browni masinat pole  leiutatud. Hea lugu siiski.

Neile, kes pole seda kuulsat liikumist veel näinud, selline ta on:

Browni liikumine ja seesama nanoosakestega

DIFUSIOONI DEFINITSIOON
Difusioon, segunemise ja ühtlustumise nähtus, kus molekulid liiguvad iseenesest sealt, kus neid on palju (kõrge kontsentratsioon), sinna kus neid on vähe (madal kontsentratsioon). Difusioon viib süsteemi alati termodünaamilise tasakaalu poole, jaa-jaa.

Temperatuuri mõju difusioonile. Molekulaarnähtused on temperatuuritundlikud.

See imevigur on OSMOOS, eriti võimas värk bioloogias:

SOOJUSPAISUMINE lõhub kive ja rasket rauda.

TEHNIKAVAATLUS silla all

Mine Laia tänavat mööda Emajõe äärde ja leia Vabadussild. Silla alt läbi viidud kõnniteel (paremkaldal, botaanikaaia ja HTG pool) on üles vaadates näha, kuidas sild kaldasambale toetub. Seal on isegi skaala, millelt võib vaadata, kui pikk sild parasjagu on. Talvel lühem, suvel pikem. Silla peal on samas kohas näha paisumisvahe.

Peagi kerkib veel küsimusi, näiteks:

Kas tuul, lained ja hoovused on molekulaarnähtused?

Energia kontseptsioon. Elekter. Võib-olla ka soojusest veidi. Kursuse lõpetamiseks vajalik kodune ülesanne.

Leia üks elektriseade (0, selle eest punkti ei saa).

Leia kodust või koolist, linnast või maalt, keldrist või pööningult, toast või õuest või kust iganes üks elektriseade (aparaat, masin jne). Selle seadmega muundatakse elektrienergiat teisteks energialiikideks, seega – energiamuundur.

Tee leitud energiamuundurist pilt ja laadi üles (1 punkt).

Hinda, kui kaua seade ühes päevas töötab (1 punkt). Mõned seadmed ei töötagi iga päev või siis töötavad näiteks ainult öösel, ainult suvistel hommikutel, ainult üks kord aastas jms. Siis on loogilisem võtta ühe töökorra aeg või rehkendada aega nädalas, kuus, aastas. 

Uuri välja, kui palju elekter maksab (1 punkt).

Kui olla täpne ja korralik, tuleks öelda – kui palju maksab töö,
mida energiamuundur teeb (päevas, nädalas jne).

Arvuta tehtud töö ja kulunud raha. Vormista arvutus. Kasuta valemeid, füüsikaliste suuruste üldlevinud tähiseid ja mõistlikke ühikuid (2 punkti). Vormistamiseks on kaks võimalust: A) Tee tekstifail (.doc, .docx, .odt, .rtf, .pdf). B) Kui ei oska tekstifailis valemeid ja arvutusi teha, võib hädapärast kirjutada paberile ning pildistada.

Lisa arvutusele:

1) Millisteks energialiikideks muutub elektrienergia selles seadmes? Pane tähele, et väga harva, peaaegu mitte kunagi ei muutu elektrienergia ainult üheks energialiigiks ja tihti ei jää selleks esmaseks liigiks kuigi kauaks (2 punkti).

2) Kuidas leidsid seadme, selle võimuse ja töötamise aja? Miks sa just selle seadme valisid? (2 punkti)

Laadi ka arvutus üles.

Tähtaeg 7. detsember, Moodle kursus FÜ4.

Klasside võtmed: 12Dklass ja 12Eklass.

Hübriidauto ja kiirrong

Twike

7. juulil 1998. a. saabus Tallinna 7-st Šveitsi mini-elektriautost Twike koosnev karavan. Ühekohalise keskkonnasõbraliku miniauto propageerijad sõitsid Bernist Nordkapini ja sealt tagasi, läbides 10000 km. Twike, mida võib käitada ka pedaalidega tallates, kulutab  5kW·h elektrienergiat 100 km koha.

• Kui pika tee saaks Twikega läbida, kui selle käitmiseks kasutada kümmet tavalist autoakut, igaüks 60 A·h ja 12 V?
• Kui suurt võimsust tarbib Twike, sõites keskmise kiirusega 70 km/h?

ICE rong

Saksamaa raudteel sõitvate ülikiirete elektrirongide (ICE-rongide) maksimaalne võimsus on 4,2 MW. Liinijuhtme ja rööbaste vaheline pinge on 15 kV.

• Kui suur on voolutugevus sellel võimsusel?
• Rongi pidurdamisel töötavad mootorid generaatoritena, andes elektrivõrku tagasi energiat kasuteguriga umbes 50%. Milline on võrku suunduva voolu keskmine tugevus, kui rong, mille mass on 320 t ja kiirus 300 km/h, peatub 2,5 minuti jooksul?

Siiski, nii küll ei tohiks teha.

AC/DC

 Pesumasin. Nagu teada, seletatakse elektrivoolu teket ja toimeid vee voolamise analoogia abil. Kuidas siis vahelduvvoolu seletada? Edasi tagasi voolava veega, ütleb kontseptuaalse füüsika õpetaja Paul Hewitt.

Elekrtrivoolu mehaaniline analoog on ka täitsa olemas. Juhe on näiteks kettülekanne, takistus on höördumine, patarei laadimine on vedru ülekeeramine jne.

Kas 60 Hz või 50 Hz? Meil küll 50, aga vaadake, mis Jaapanis on juhtunud. Pool riiki ühel, pool teisel sagedusel.

Trafo ja tõesti, siit ta tuleb.

Generaator

Miks faasinihe?


And Now for Something Completely Different

Ja vastupidi?

Valgusest elekter

Päikesejaam

 

Footonid

Aga mis see kütuselement on, vesinikuga?

Midagi tõeliselt kasulikku!

Elektrist valgus

Nobel 1921

Nobel 1923

Nobel 2009

Nobel 2014



Leuchtdiode

Light-emitting diode, LED

V Õ I M A T U !

Üks minut? Ei, pigem kolm.

Raadio

Marconi, Tesla, Popov

Miks kass?

Kuhu edasi? Bluetooth, WiFi jt.

Hedy Lamarr – lennukitiiva lugu

Miseeon?

pn-siire

Nii on!

Transistor

Veritasiumis mängitakse aatomeid

Revolutsiooniline tehnoloogia

Texas Instruments - 12. september 1958

Jack Kilby (1923 - 2005)

Robert Noyce 1927 – 1990

Pooljuht

Elektron ja auk