Ph 09

Geschichte

Das Perpetuum Mobile


Es ist ein alter Menschheitstraum eine Maschine zu bauen, die ständig Arbeit verrichtet, ohne dass man ihr Energie zuführen muss. Man nennt solch eine Anordnung Perpetuum Mobile (lat.: perpetuum = unaufhörlich; mobilis: beweglich).
Der Energiesatz der Mechanik besagt, dass in einem abgeschlossenen System die Summe aus kinetischer und potenzieller Energie (die Spannenergie wollen wir zur potenziellen Energie zählen) konstant ist. Ein rein mechanisches Perpetuum Mobile ist also aufgrund des Energiesatzes der Mechanik nicht denkbar.

Ein erster Ansatz für ein Perpetuum Mobile stammt aus Indien (etwa um 1150 n.Chr., einer Zeit in der man noch keine Ahnung vom Energiesatz hatte) und ist nebenstehend dargestellt. An einem Rad sind längere quecksilbergefüllte Gefäße angebracht. Je nach Lage des Quecksilbers kommt es zu unterschiedlichen Drehmomenten. Das skizzierte Rad sollte sich ständig im Uhrzeigersinn drehen. Leider tat es dies nicht.
Über die Araber kamen die Ideen vom Perpetuum Mobile in den europäischen Kulturraum. In der nebenstehenden Skizze ist ein arabisches Perpetuum Mobile dargestellt, dessen "Funktionsweise" mit dem aus Indien vergleichbar ist.

Auch das Universalgenie Leonardo da Vinci entwarf im 15. Jahrhundert Skizzen für Perpetua Mibilia. Er soll aber schon zu der Erkenntnis gekommen sein, dass der Wunschtraum nicht in Erfüllung gehen kann.


Nachbau eines Vorschlages von Leonardo da Vinci:
Die Rotation soll durch Kugeln erreicht werden, welche sich in den Rinnen jeweils auf der rechten Radseite ganz außen , auf der linken ganz innen befinden. Damit wäre das rechte Drehmoment stets größer und es käme zu einer Drehung im Uhrzeigersinn (ein Modell hat Leonardo nicht gebaut).

Entwürfe von Leonardo da Vinci
(Deutsches Museum München)

Rekonstruktion des sogenannten Schwerkraftrades nach Leonardo da Vinci. Es hat auf der Vorder- und Rückseite quecksilbergefüllte Blechkammern, die für eine ständige Drehung des Rades sorgen sollen. (Deutsches Museum München)

Weitere Vorschläge für Beinahe-Perpetuum Mobile findet man bei Wunderbares Sammelsurium.

Aus dem Jahre 1580 stammt der folgende nützliche Vorschlag:
Ein Wasserrad treibt eine archimedischen Schraube, die das Wasser wieder in ein höheres Reservoir befördert, so dass das Wasser im oberen Behälter zum Betreiben des Wasserrades nie versiegt. Ganz nebenbei wird noch ein Schleifstein betrieben, mit dem man seine Messer schärfen kann. (Bild aus Strombasiswissen-Artikel: Die Entstehung des Energiebegriffs)

Hier noch ein paar einfachere Vorschläge für ein Perpetuum Mobile:



Ein gut geöltes Seil hängt auf einer leicht drehbaren Walze. Es läuft auf der rechten Seite durch ein wassergefülltes Gefäß. Aufgrund der Auftriebskraft ist die rechte Seilseite "leichter", so dass das Seil ständig im Gegenuhrzeigersinn umläuft. Oder doch nicht?

  

Der Magnet zieht die Eisenkugel die Rampe hoch bis zu einem Loch, durch das sie dann wieder über den Rücklauf nach unten fällt. Dieser Kreislauf wiederholt sich ständig oder doch nicht?

Wenn schon kein rein mechanisches Perpetuum Mobile möglich ist, wäre es vielleicht dann möglich eines zu bauen, wenn man die Wärme zu Hilfe nimmt? Die Erkenntnisse von R. Mayer und J.P. Joule, die schließlich zur Formulierung des allgemeinen Energieerhaltungssatzes durch Helmholtz führten, sagen uns, dass ganz generell kein Perpetuum Mobile möglich ist. Etwas technischer ausgedrückt heißt dies: Der Wirkungsgrad einer jeden Maschine ist stets kleiner oder gleich eins.

Schon im Jahre 1775 - also noch bevor der Energiesatz formuliert war - nahm die französische Akademie der Wissenschaften keine Baupläne mehr für ein Perpetuum Mobile an. Schon zu viele Erfinder hatten ihre Existenz bei der Suche nach dem erstrebten Ziel ruiniert. Heute - ca. 160 Jahre nach Helmholtz - gehen allem physikalischem Unterricht in Schule und Hochschule zum Trotz im Jahr über 100 Anmeldungen zum Perpetuum Mobile beim europäischen Patentamt ein.