Devridaim Hareket ve Devridaim Makineler

Escher'in "Şelale" İsimli Çizimi

Devridaim Hareket (ing. perpetual motion) enerji kaynağı olmadan sonsuza kadar devam edebildiği varsayılan; ancak termodinamik açıdan imkansız olduğu bulunan hareket türüdür.

Devridaim hareketinin prensibi şudur: Sisteme enerji vermeden, hareket elde edilmesi; yani yoktan enerji sağlanabilmesi mümkündür. Teoride ve pratikte yapılması imkansız olan bu fikir, buna rağmen ortaçağdan 20.yüzyıla kadar bir sürü düşünürü, girişimciyi ve bilim adamını etkisi altına almaya başarmıştır. Bizse bu hareketin neden olmayacağını basit termodinamik konseptlerle açıklayacak; ayrıca bu hareketin sağlandığı iddia edilen bazı ilginç buluşları ve bu buluşların neden olamayacağını inceleyeceğiz.

Tabi, önce termodinamik yasalarını konsept olarak anlatmamız gerekiyor.

1.Yasa

İzole edilmiş bir sistemde -örneğin, bir kutu hayal edin; Bu kutunun dışındaki uzayla kendi arasında madde ve enerji geçişi olmuyor- yeni enerji üretilemez ya da yok edilemez; bu kutunun içindeki toplam enerji her zaman aynıdır. Enerjinin formu değişebilir ama miktarı hep sabit olmak zorundadur.

2.Yasa

İzole edilmiş bir sistemde entropi (düzensizlik derecesi ya da bir sistemin iş yapamama derecesidir) değişimi hiçbir zaman negatif olamaz, ya sıfır ya da pozitif olması gerekidir. Yani, bir sistemin içindeki kullanılabilir enerjinin %100'ü iş olarak geri dönemez, muhakkak sistemin düzensizliği artmalı, yani sistemdeki enerjinin bir kısmı boşa (mesela sürtünme, ses, deformasyon gibi) gitmelidir. Zaten, entropi değişiminin negatif olması demek, sistemde kullanılan enerjinin % 100'den fazla olması, durduğu yerde artması, demektir ki mantıken bu da mümkün değildir. Sistemin entropi değişimi 0 ise işlem tersine döndürülebilir (ing.reversible) büyükse tersine döndürülemez (ing. irreversible) dir. Buna şöyle bir örnek verebiliriz:

Mesela sıcak bir metali, soğuk bir metale değdirirseniz ikisinin arasında ısı alışverişi olur ve sonunda ikisi de eşit sıcaklığa erişir. Ancak, metalleri birbirinden ayırdığınız zaman, ilk baştaki sıcaklıklarına dönmezler. Çünkü işlem sonucunda sistemin entropisi artmış, düzensizlik yüzünden işlem geri dönülemez (ing. irreversible) hale gelmiştir. İkisi başlangıçtaki sıcaklıklarını koruyor olsaydı bile sistemin düzensizliği başlangıçtaki haline gelir; entropi değişimi sıfır olurdu. Entropi değişiminin negatif olduğunu düşünün, yani iki metalin ayrıldığında sıcak metalin daha sıcak, soğuk metalin de daha soğuk olduğunu düşünün, mantıken böyle birşey olabilir mi ?

3.Yasa

Bu yasaya göre mükemmel şekilde dizilmiş bir kristal yapının 0 Kelvinde (-273 santigrat) entropy'si 0'dır.

Devridaim hareket, 1. veya 2. yasalara uymadığı için imkansızdır. Şimdi neden olmadığını açıklayalım:

1.Yasaya göre Uyumsuzluk

Evreni kapalı sistem olarak hayal edin. Bir makina yapın ki sonsuza kadar hareket etsin. Bu ise o makinanın iş üretmesi, yani sisteme enerji vermesi demektir. Enerjiyi yoktan yere var edemezsiniz.

2.Yasaya göre Uyumsuzluk

Gene evreni kapalı sistem olarak kabul edin. Diyelim ki bu sefer hareketten kazandığınız enerjiyi harekete geri verebildiğinizi varsayıyorsunuz, yani 1.yasaya uyuyorsunuz. Bu sefer de 2.yasaya göre harekete geri verdiğiniz enerji, düzensizlik artışı sebebiyle sürekli azalıyor. Bu döngüde enerji dönse bile zaten enerji kayıplardan ötürü sürekli azalıyor. Bir süre sonra kullanabileceğiniz enerji kalmıyor.
Şimdi devridaim makinelerden bir iki örnek verelim:

Dengesiz tekerlek

Villard de Honnecourt tarafindan 1230 da geliştirilen bu makine, şekilde görüldüğü üzere, bir tekerlek ve etrafında asılı ağırlıklardan oluşur. Ortaçağ da sürekli dönerek enerji sağlayan yel değirmeni üretmek için tasarlanmıştır. İddia edildiğine göre ağırlıklar öyle bir şekilde yerleştirilmiştir ki tekerlek yarım tur döndüğünde tekerleğin bir tarafındaki ağırlıklar diğer tarafına göre merkeze daha uzak kalacak, sonuçta sürekli moment (döngü kuvveti) oluşmalıdır. Ancak, şekilde de görüldüğü uzere uzak olan tarafa daha az sayıda ağırlık olduğu icin moment sıfır olacaktır. Gördüğünüz üzere sistem 1.yasaya zaten uymuyor.

Yüzen Kemer

Makinenin tasarımda, bir kemere suda yüzebilen maddeler baglanmaktadır. İddiaya göre bu kemerin bir tarafı suyun içerisinden geçirilerek, kaldırma kuvveti etkisiyle, devridaim elde edilmektedir. Ancak, en alttaki maddeyi suyun altına itmek için harcanan enerji ve su içerisindeki harekette kaybedilen sürtünme enerjisi (ing. drag force) suyun kaldırma kuvvetinin vereceği enerjiden fazla olduğu için hareket sağlanmayacaktır. Sistem hem birinci hem de ikinci yasaya uymamaktadır.

Kapiler Kase

17.yüzyılda bilim adamı Robert Boyle tarafından yapılan bu tasarıma göre bir kaseye doldurulan suyun, kase altından kılcal borularla kaseye geri besleme yapılabilecektir. Teori ise kılcal damar ile sıvı arasındaki adhezyon kuvveti suyu kasenin dibinden yukarı çekecek, sonra da üstten kaseye geri beslenecektir. Ancak damarla su arasındaki adhezyon kuvveti, aynı zamanda suyun kaseye dökülmesini engelleyecektir. Sistem 1.yasaya uymamaktadır.