Ситуация с вечным двигателем второго рода оказывается не столь однозначной. Вечный двигатель второго рода ВД2 это такая машина, которая берет энергию из некоторого внешнего резервуара и преобразует ее в полезную работу с эффективностью 100%, в то время как обычный двигатель, не относящийся к семейству ВД2, преобразует первичную энергию с эффективностью менее 100%. Такая особенность ведет к тому, что для работы ВД2 нужно иметь только один энергетический уровень, с которого мы брали бы первичную энергию и полностью превращали ее в полезную работу без всяких энергетических отходов. С другой стороны, для работы двигателя, не относящегося к классу ВД2, необходимы два энергетических уровня, с более высокого из которых мы берем первичную энергию, а на другой более низкий уровень сбрасываем энергетические отходы, то есть ту часть первичной энергии, которую не смогли преобразовать в полезную работу.
Например, любой тепловой двигатель требует для работы наличия двух уровней энергии или температур. На более высоком энергетическом уровне (то есть на уровне более высокой температуры) рабочая среда нагревается и поступает внутрь двигателя, где совершает работу. Затем рабочая среда поступает в холодильник (на более низкий уровень энергии), в котором она охлаждается и отдает ту часть принятого ранее тепла, которое не было преобразовано в работу. Если мы выбросим второй энергетический уровень, то есть холодильник, двигатель не сможет работать. И происходит это только потому, что нам надо куда-то девать излишки принятого в нагревателе тепла, которые мы не сумели превратить в работу. Но если бы мы преобразовывали в работу абсолютно все тепло, всякие его излишки отсутствовали
бы и нам не было бы нужды иметь холодильник. В этом и состоит огромная привлекательность ВД2 способность брать первичную энергию практически вечно из некоторого энергетического резервуара и не заботиться о последствиях с выбросом излишек энергии.
Официально считается, что существование ВД2 запрещается вторым началом термодинамики. В действительности термодинамика может запретить только такой ВД2, который в качестве первичной энергии использует энергию тепловую (само название «термодинамика» показывает, что данная наука имеет дело с тепловыми процессами). А если ВД2 будет использовать другую энергию, отличную от тепла, например гравитационную или вакуумную? Термодинамика не работает с такими видами энергии, поэтому она ничего не может сказать о возможности или невозможности ВД2 на этих видах энергии.
Вечный двигатель второго рода ВД2 преобразует некую первичную энергию в полезную работу и окончательный вывод о его работоспособности будет зависеть от того, какой смысл мы вкладываем в понятие "полезная работа". Здесь возможны два варианта: 1) полезная работа это все то, что отличается от тепла; 2) полезная работа это все то, что отличается от первичной энергии. Если в качестве первичной энергии выступает тепло, тогда оба варианта сливаются и ВД2 становится действительно невозможным. Но если мы будем использовать в качестве первичной другую форму энергии, отличную от тепла, например гравитацию, тогда ВД2 становится реально осуществимым. Гравитационная энергия тем и хороша, что ее невозможно перенести с места на место и сделать ее где-то больше, а в другом месте меньше. Она может быть преобразована в другие формы энергии хотя бы в тепло и электричество только со 100%-ной эффективностью.
Любой вечный двигатель второго рода должен удовлетворять определенным условиям, чтобы быть работоспособным. Найдем эти условия.
Первое условие.
Пусть мы имеем некоторый контейнер с горячим газом (рис. 1.10.1). Предположим, что мы хотим преобразовать всю тепловую энергию этого газа в полезную работу, то есть реализовать вечный двигатель ВД2. Выделим некоторый элемент стенки контейнера, с которым будут сталкиваться атомы газа в процессе их хаотического броуновского движения.
Рис.1.10.1. Контейнер с горячим газом. Атомы А1, А2, А3 движутся под различными
углами к выделенному элементу стенки. Для полного преобразования их кинетической
энергии необходимо, чтобы данный элемент стенки был ориентирован перпендикулярно относительно векторов движения всех атомов, с ним сталкивающихся.
Пусть некоторый атом А1 движется перпендикулярно к выделенному элементу стенки. Будем считать, что мы сумели создать такие условия столкновения, при которых атом отдает стенке всю свою кинетическую энергию, то есть соударение является абсолютно неупругим. В этом случае мы вправе сказать, что имеет место полное преобразование кинетической энергии данного конкретного атома. Но другие атомы А2 и А3 движутся к выделенному элементу и сталкиваются с ним под другими углами, отличными от 900, поэтому они в принципе не могут отдать всю свою энергию (стенке передается лишь та энергия, которая соответствует перпендикулярной составляющей скорости, но энергия параллельной составляющей не передается). Для того, чтобы добиться полного преобразования энергии, необходимо выделенный элемент ориентировать перпендикулярно движению как атома А2, так и атома А3. В общем случае данный элемент должен быть ориентирован перпендикулярно движению всех атомов, соударяющихся с ним. Так как атомы сталкиваются не только с данным конкретным элементом, но и со всеми другими элементами, необходимо, чтобы все элементы стенки были ориентированы перпендикулярно движению всех атомов газа, с ними сталкивающихся. Ясно, что создать такую стенку невозможно.