Il moto perpetuo e la conservazione dell’energia

La macchina a moto perpetuo è il concetto di una macchina che funziona per un tempo indefinito, senza perdite e senza riduzione della sua velocità.

Sono state descritte diverse macchine che funzionerebbero in questo modo, tra di esse pompe che sfruttano la stessa acqua in caduta, ruote che si mantengono in rotazione senza intervento esterno semplicemente utilizzando delle masse in movimento o altre che sfrutterebbero magneti in movimento che si auto-respingono.

Una macchina del genere sarebbe certamente interessante, oltre che curiosa, ma mai nessuna ha dimostrato di funzionare veramente e mai potrebbe in realtà funzionare.
Anche se una macchina del genere esistesse, non sarebbe molto utile. Non avrebbe la capacità effettuare un qualche tipo di lavoro. Si noti che questo differisce dal concetto di macchina di sovraunità, che si dice produca più del 100% dell’energia immessa, in chiara violazione del principio di conservazione dell’energia.

Esistono due generi di moto perpetuo, il moto perpetuo di prima specie, cioè una macchina che produce una quantità di energia maggiore di quella che consuma. Una volta accesa la macchina funzionerebbe indefinitamente autoalimentandosi, in evidente violazione del principio di conservazione dell’energia (primo principio della termodinamica). Molte di queste macchine utilizzano magneti come fonti di energia ed impiegano sistemi ad attrito nullo. Se molti di questi sistemi possono marciare anche per lungo tempo prima di fermarsi, da essi non è possibile estrarre energia gratuita.

E il moto perpetuo di seconda specie, cioè dispositivi che dovrebbero essere in grado di convertire interamente il calore estratto da una sola sorgente a temperatura costante in lavoro. Ciò è in violazione del secondo principio della termodinamica: un esempio di macchina a moto perpetuo di seconda specie è una nave capace di avanzare sottraendo calore all’acqua del mare e trasformando quel calore in movimento, senza cederne una parte ad una sorgente più fredda dell’acqua di mare. Il primo principio della termodinamica sarebbe rispettato da questa macchina termica a rendimento unitario.

Dai principi più basilari della meccanica, non c’è nulla che renda rigorosamente impossibile una macchina a moto perpetuo. Se un sistema potesse essere completamente isolato dall’ambiente e soggetto solo a forze conservatrici, l’energia sarebbe conservata e la macchina funzionerebbe indefinitamente. Il problema è che in realtà non c’è modo di isolare completamente un sistema e l’energia non è mai completamente conservata all’interno della macchina.

Oggi è possibile realizzare volani che hanno un attrito bassissimo che ruotano sotto vuoto per immagazzinare energia. Tuttavia, perdono ancora energia e alla fine rallentano. La Terra stessa, ruotando sul proprio asse nello spazio, è forse un esempio estremo di una macchina a moto perpetuo. Tuttavia, a causa delle interazioni con la Luna, l’attrito delle maree e gli effetti gravitazionali di altri corpi celesti, anch’essa sta gradualmente rallentando. In effetti, ogni due anni, gli scienziati devono aggiungere un secondo intercalare per tenere conto della variazione della lunghezza del giorno.

Impossibilità del moto perpetuo di prima specie

Non è possibile realizzare macchine che violino la prima legge della termodinamica, macchine, cioè, che producano lavoro senza consumare energia. Ancor prima della formulazione della legge di conservazione dell’energia, nel 1775, l’Accademia Francese delle Scienze si pronunciò sull’impossibilità del moto perpetuo di prima specie. I progetti di macchine che avevano la pretesa di produrre indefinitamente lavoro convertendo energia potenziale in energia di movimento venivano immediatamente rigettati. Questo genere di macchine non teneva conto degli attriti.

Impossibilità del moto perpetuo di seconda specie

Non è possibile realizzare macchine che violino la seconda legge della termodinamica, macchine, cioè, che assorbono calore da una sola sorgente a singola temperatura e lo trasformano in lavoro. Tali macchine potrebbero contare su riserve di calore immense quali il sole, l’atmosfera, gli oceani, la terra,…Il loro uso permetterebbe così agli aerei di volare, alle navi di navigare, agli elettrodomestici di funzionare senza utilizzare carburante o energia elettrica….tutto a spese del raffreddamento delle sorgenti da cui esse assorbono calore, l’aria, il mare, la terra.