水飲み鳥はやっぱり第２種永久機関？

質問

• 水飲み鳥はやっぱり第２種永久機関なのか？
• ＵＲＬ（動画）を見て驚きました。これは紛れもなく永久機関なのではないかと思いました。
• 水飲み鳥は断熱性の大きな箱で囲って水蒸気が天井で冷やされてまたコップに戻るシステムで動くのではないかとの考えもある。

回答No.6

htms42

仕組みに対する説明が私の理解と違っています。

空気と水の温度差は必ずしも必要はありません。
室内に放置してあるコップの中の水と部屋の中の空気は同じ温度になっているとしてかまわないはずです。違っていなければいけないとすれば部屋の中のデコレーションには使えません。

温度差は水のみ鳥の内部でのエーテルの循環について必要なのです。腹の部分にあるエーテルが気化して上で冷やされます。液体に戻ったエーテルが腹の部分に戻らずにガラス管の中に溜まります。径が小さいので重心がどんどん高くなっていきます。重心が回転の支点を越えた所でひっくり返るのでガラス管の中のエーテルが流れ出してしまいもとの腹の液溜に戻ります。そのときくちばしが水に浸かります。

温度差は水と空気の間にあるのではありません。
水のみ鳥の腹の部分とくちばしの部分にあるのです。くちばしの部分の温度が低くなるのは水の気化によるものです。気化が起こりさえすれば水の温度は空気と同じでかまわないのです。くちばしにはフェルト状のものが貼り付けてあります。保水性を良くするのと蒸発を促進するのとの２つが目的です。
液溜めの中のエーテルは外部の空気で温められます。この時の熱がエーテルの気化熱の供給源です。
水の蒸発がポイントですから空気中が水蒸気で飽和されていないということが条件になります。狭い容器の中に全体が入っていれば水蒸気が飽和してしまいますから水の蒸発は止まります。くちばしをぬらしても乾かなくなります。気化熱が奪われるということが起こらなければくちばし部分の温度が低くなりません。水のみ鳥の内部での温度差がなくなればエーテルの蒸発も止まります。すぐに飽和してしまうからです。温度差がなければエーテルの循環は起こりません。飽和蒸気圧は温度によって異なリます。温度の高い方が飽和蒸気圧は高いです。温度の高い方で蒸発が起こり低い方で凝縮が起こります。これで循環が成立します。

外部からの熱は水の気化熱とエーテルの気化熱として使われています。凝縮したエーテルが高い所に溜まりますから位置エネルギーに変換されていると考えることも出来ます。水のみ鳥の運動エネルギーはこの位置エネルギーから出てきたものだということができるでしょう。
ます。

水の蒸発が持続するためには水蒸気が飽和しないようにする必要があります。開放形になっていれば水、空気は同じ温度でかまわないのです。密閉容器の中にあるという場合であれば壁の部分とコップの水の部分に温度差が必要です。水のみ鳥のくちばしで蒸発し、壁で凝縮が起こります。これで水の循環が起こります。温度差がなければ実現しません。飽和すれば終わりです。
この温度差は外部からからの冷却がなければ持続しません。容器の外部が断熱壁であれば温度差は消滅します。水の蒸発も、エーテルの蒸発も止まります。壁への熱の運搬はこの温度差が解消される仕組みとして考えられるものです。

※水のみ鳥の内部にある揮発性の液体が本当は何なのか知りません。「エーテル」と書きましたが確めた訳ではありません。短時間にかなりの液量の移動が起こらなければいけませんので「エーテルのような液体」であるということは確かだろうと思います。

補足

ご専門の方に問題を丁寧に整理して頂いたと感じました。詳細にわたってのご説明に感謝申し上げます。ありがとうございました。

鳥の中のエーテルの温度分布による動きが私の補足説明が悪く、いつの間にかコップの水の蒸発と空気との温度差の話に置き換わってしまっていたことは認めます。鳥のくちばしの水が蒸発するかどうかがポイントですね。ご指摘ありがとうございました。しかし容器の断熱状態で飽和水蒸気になぜなるのかがやはり理解できておりません。

＞水の蒸発が持続するためには水蒸気が飽和しないようにする必要があります。開放形になっていれば水、空気は同じ温度でかまわないのです。密閉容器の中にあるという場合であれば壁の部分とコップの水の部分に温度差が必要です。水のみ鳥のくちばしで蒸発し、壁で凝縮が起こります。これで水の循環が起こります。温度差がなければ実現しません。飽和すれば終わりです。

解放系であれば全然問題なく動作が継続することは良く理解できます。
壁とコップの水を高い熱伝導材料を用いて同じ温度にしたとき水の蒸発が継続するのではないかと考えて質問させて頂いたのです。水鳥そのものの存在を離れてまず考えます。

空気が飽和状態であり、かつ空気の温度が水と同じとします。このときは水蒸気に何の動きもなくまさに安定した死の状態が得られます。これは摩擦のない車輪が止まっている状態に対応するのではないかと考えます。しかしもし初期状態として車輪に初速度を与えてやれば永久運動を起こすでしょう。

同じ考え方でこの系に乾燥した空気を初期条件として与えたとします。空気の温度と水の温度は互いに等しいと仮にします。このときの動きを
考えてみます。まず水面からどんどん蒸発が始まるでしょう。そうすると水の温度は下がり瞬時にその温度は壁面に伝わるでしょう。つまり水蒸気が天井に到達するまでに温度は初期状態から下がっているのです。
（尤も壁の比熱は極端に小さいという熱力学的に許されるかどうか解らない仮定を付け加えねばなりませんが）一方水蒸気を吸った気体は元の乾燥空気より軽くなりますから上昇が始まります。上部にある乾燥空気は壁と不完全な相互作用を行い少し温度を下げ重くなりながら下方へ移動します。いわゆる対流が始まります。

上昇した湿度を持つ空気は温度の下がった天井に当たり十分な熱交換により水分の一部がが凝縮して水滴となり壁を伝わって再びコップの水に戻るでしょう。このとき放出する潜熱で水滴が暖められその熱は瞬時にコップの水に伝わります。この熱量は蒸発のときに奪った熱量より小さいと思います。また熱を吸って後上昇中の水蒸気も存在するため水温は初期値に戻ることはありえないと思われます。つまり気体の温度より水温は水蒸気を含む分だけ常に低いということになります。

もちろんここには吸った水分の一部しか戻していないという事実があります。この空気が再び下降して水面で水蒸気を僅かですが吸収してやはり僅かですが水温を下げることになります。この僅かな水面における水分の吸収と天井での水分の凝縮による放出は止まらないのではないでしょうか。つまり空気の対流と水の循環は摩擦のない車輪のように回り続けているのではないでしょうか。この話は水飲み鳥とあんまり関係ありませんね。スミマセン。しかしこの循環する空気が飽和水蒸気状態でなければ水鳥は永久に動くのではないでしょうか。

ご専門の立場から”この回転が止まる方向に動く”ということに関してもう一度ご指導頂ければと思います。それでこの質問は一旦打ち切りたいと思います。どうかよろしくお願い申し上げます。