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Fisica 3° · 2024
Libro de Física 3 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

36/273

Máquinas de movimiento perpetuo: ¿posibles o imposibles?

📄 teoria fisica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

Las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles: violan la 1.ª y 2.ª ley de la termodinámica (conservación de la energía y aumento de entropía). No se requiere revisar la física.

📚 theory fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 36

Fisica 3° · 2024

1
Ejercicio 1

Lectura: Máquinas de movimiento perpetuo

Texto de Michio Kaku (tomado de El Aleph, Ciudad Seva) presentado bajo el rótulo "Alguna vez has pensado... / JUNTOS LEEMOS".

Idea central del texto

  1. En la novela de Isaac Asimov Los propios dioses, una "bomba de electrones" produce energía ilimitada sin coste, lo que desplaza al petróleo, el gas, el carbón y la energía nuclear.
  2. Un físico descubre que esa energía "gratuita" proviene de un agujero que conecta con un universo paralelo y que su aprovechamiento desencadena una reacción en cadena que destruiría estrellas, el Sol y la Tierra: nada es verdaderamente gratis.
  3. Definición clave: la máquina de movimiento perpetuo es un dispositivo que funcionaría indefinidamente sin pérdida de energía; una versión "mejor" crearía más energía de la que consume.
  4. Contexto actual: el agotamiento del petróleo barato, el aumento del precio del gas, la contaminación y los cambios atmosféricos alimentan el interés por nuevas fuentes de energía limpia, lo que reaviva el mito.
  5. Presencia cultural: Los Simpson ("El PTA se dispersa", donde Homero dice: "en esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica"), los videojuegos Los Sims, Xenosaga Episodes I y II, Ultima VI: The False Prophet y la serie Invasor Zim.

Respuesta a la pregunta final del texto

La probabilidad de crear una máquina de movimiento perpetuo es cero dentro del marco de la física actual, por dos razones fundamentales:

1
Ejercicio 1

Primera ley de la termodinámica (conservación de la energía):

\Delta U = Q - W La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Un dispositivo que entregara trabajo W sin consumir energía (Q = 0) exigiría \Delta U < 0 de forma indefinida, es decir, extraer energía de la nada.

  1. Segunda ley de la termodinámica: en cualquier proceso real aparece entropía, \Delta S \geq 0, de modo que siempre hay disipación (fricción, calor) y ninguna máquina puede devolver toda la energía recibida como trabajo útil: su rendimiento es siempre \eta < 1.

Por ello no se trata de revisar las leyes de la física, sino de que esas leyes están experimentalmente comprobadas. Las "máquinas de movimiento perpetuo" han sido históricamente fraudes de charlatanes; la física solo admite máquinas ideales sin fricción como modelos teóricos, nunca realizables.

Respuesta

Las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles: violan la conservación de la energía y el principio de aumentos de entropía; no hace falta revisar la física, sino aceptar sus leyes.

Contenido de la página

Alguna vez has pensado...

¿Es posible que existan máquinas de movimiento perpetuo?

Máquinas de movimiento perpetuo

En la clásica novela de Isaac Asimov, Los propios dioses, un oscuro químico del año 2070 topa accidentalmente con el mayor descubrimiento de todos los tiempos, la bomba de electrones, que produce energía ilimitada sin coste alguno. El impacto es inmediato y profundo. Es aclamado como el mayor científico de todos los tiempos por satisfacer la insaciable necesidad de energía por parte de la civilización. «Era el Santa Claus y la lámpara de Aladino del mundo entero», escribía Asimov. Funda una compañía que pronto se convierte en una de las corporaciones más ricas del planeta y deja fuera de juego a las industrias del petróleo, el gas, el carbón y la energía nuclear.

El mundo es inundado con energía gratuita y la civilización se emborracha con este nuevo poder. Mientras todos celebran este gran logro, un físico solitario se siente incómodo. «¿De dónde sale toda esta energía gratuita?», se pregunta. Finalmente descubre el secreto. La energía gratuita tiene en realidad un terrible precio: proviene de un agujero en el espacio que conecta nuestro universo con un universo paralelo, y el súbito aflujo de energía en nuestro universo está iniciando una reacción en cadena que con el tiempo destruirá estrellas y galaxias, convertirá el Sol en una supernova y destruirá a la Tierra con él.

Desde que existe la historia escrita, el Santo Grial de inventores y científicos, pero también de charlatanes y artistas del fraude, ha sido la legendaria «máquina de movimiento perpetuo», un dispositivo que puede funcionar indefinidamente sin pérdida de energía. Una versión aún mejor es un dispositivo que crea más energía de la que consume, tal como la bomba de electrones, que crea energía gratuita e ilimitada.

En los próximos años, a medida que nuestro mundo industrializado agote poco a poco el petróleo barato, habrá una enorme presión para encontrar nuevas y abundantes fuentes de energía limpia. El aumento del precio del gas, la caída de la producción, el aumento de la contaminación, los cambios atmosféricos, etc., todo ello alimenta un renovado e intenso interés por la energía.

La popularidad de la máquina de movimiento perpetuo es amplia. En un episodio de Los Simpson titulado «El PTA se dispersa», Lisa construye su propia máquina de movimiento perpetuo durante una huelga de profesores. Esto impulsa a Homero a declarar seriamente: «Lisa, deja eso... en esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica».

En los juegos de ordenador Los Sims, Xenosaga Episodes I and II y Ultima VI: The False Prophet, así como en el programa de Nickelodeon Invasor Zim, las máquinas de movimiento perpetuo tienen un papel destacado en los argumentos.

Pero si la energía es tan preciosa, entonces ¿cuál es exactamente la probabilidad de crear máquinas de movimiento perpetuo? ¿Realmente son imposibles estos aparatos, o su creación requeriría una revisión de las leyes de la física?

Michio Kaku

Tomado de Borges, J. L. (s. f.). El Aleph. Ciudad Seva: http://ciudadseva.com/texto/el-aleph/

Ejemplos resueltos

Explica por qué la "bomba de electrones" de Asimov, que produce energía sin coste, termina siendo un peligro para el universo.

  1. Si la máquina entrega trabajo sin consumir energía, se viola la conservación: \Delta U = Q - W con Q = 0 obligaría a extraer energía de la nada.
  2. En el relato, esa energía proviene de un universo paralelo: se transfiere energía de un sistema a otro sin destruirla, cumpliendo formalmente la conservación.
  3. El coste real es la destrucción progresiva del universo donante, es decir, un aumento enorme de entropía en el conjunto: \Delta S_{total} > 0.
  4. Conclusión: la energía no es gratis, solo se traslada el pago a otro lugar.

Tabla

Versión Descripción Estado físico
Movimiento perpetuo tipo 1 Funciona indefinidamente sin pérdida de energía Imposible (1.ª ley)
Movimiento perpetuo tipo 2 Crea más energía de la que consume Imposible (1.ª y 2.ª ley)

Diagrama

flowchart TD
    A[Máquina de movimiento perpetuo] --> B[1.ª ley: conservación de la energía]
    A --> C[2.ª ley: la entropía aumenta]
    B --> D[Energía que aparece de la nada: imposible]
    C --> E[Pérdidas por fricción y calor: η < 1]
    D --> F[Conclusión: probabilidad = 0]
    E --> F

Fórmulas y ecuaciones

1.ª ley: \Delta U = Q - W (conservación de la energía)

2.ª ley: \Delta S \geq 0 (la entropía del universo no disminuye)

\Delta U = Q - W

\Delta S \geq 0

\eta = \frac{W}{Q_{in}} < 1

Glosario (5)

Máquina de movimiento perpetuo
Dispositivo hipotético que funcionaría indefinidamente sin pérdida de energía o que produciría más energía de la que consume.
Termodinámica
Rama de la física que estudia el calor, el trabajo y la energía, y las leyes que gobiernan sus transformaciones.
Entropía
Magnitud que mide el grado de dispersión de la energía en un sistema; en procesos reales siempre aumenta.
Energía ilimitada
Energía que se obtendría sin agotar ninguna fuente; en la realidad no existe, pues la energía se conserva.
Ficción científica
Género literario que especula con avances científicos y tecnológicos, como la bomba de electrones de Asimov.

Preguntas para practicar

¿De dónde sale toda esta energía gratuita? (pregunta del físico en el relato)

En el relato, la energía proviene de un agujero que conecta con un universo paralelo; la energía no se crea, se transfiere desde otro universo, cuyo deterioro es el precio oculto.

¿Por qué crees que la popularidad de las máquinas de movimiento perpetuo aumenta cuando hay crisis energética?

Porque el agotamiento del petróleo, el alza del precio del gas y la contaminación generan presión social por encontrar energía limpia y abundante, y el mito de la energía infinita ofrece una solución aparentemente sencilla a un problema complejo.

¿Realmente son imposibles estos aparatos, o su creación requeriría una revisión de las leyes de la física?

Son imposibles: las leyes de la termodinámica están respaldadas por innumerables experimentos, por lo que no corresponde revisarlas; lo que debe abandonarse es la idea de energía infinita sin fuente.

Temas y conceptos clave

Máquinas de movimiento perpetuoLeyes de la termodinámicaFuentes de energíaDivulgación científicamáquina de movimiento perpetuoconservación de la energíaentropíarendimiento de una máquinabombas de electrones (ficción científica)

Fuentes y referencias

  • Michio Kaku
  • Isaac Asimov, Los propios dioses
  • Borges, J. L. El Aleph — Ciudad Seva
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Preguntas que la gente también hace

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📌 Antes de leer esto
  • • Noción de energía y sus formas
  • • Concepto básico de trabajo y calor
  • • Lectura comprensiva de textos científicos
Siguiente tema sugerido
Primera y segunda ley de la termodinámica con sus formulaciones y aplicaciones
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 3135 caracteres

Alguna vez has pensado...

¿Es posible que existan máquinas de movimiento perpetuo?

Máquinas de movimiento perpetuo

En la clásica novela de Isaac Asimov, Los propios dioses, un oscuro químico del año 2070 topa accidentalmente con el mayor descubrimiento de todos los tiempos, la bomba de electrones, que produce energía ilimitada sin coste alguno. El impacto es inmediato y profundo. Es aclamado como el mayor científico de todos los tiempos por satisfacer la insaciable necesidad de energía por parte de la civilización. «Era el Santa Claus y la lámpara de Aladino del mundo entero», escribía Asimov. Funda una compañía que pronto se convierte en una de las corporaciones más ricas del planeta y deja fuera de juego a las industrias del petróleo, el gas, el carbón y la energía nuclear.

El mundo es inundado con energía gratuita y la civilización se emborracha con este nuevo poder. Mientras todos celebran este gran logro, un físico solitario se siente incómodo. «¿De dónde sale toda esta energía gratuita?» se pregunta. Finalmente descubre el secreto. La energía gratuita tiene en realidad un terrible precio: proviene de un agujero en el espacio que conecta nuestro universo con un universo paralelo, y el súbito aflujo de energía en nuestro universo está iniciando una reacción en cadena que con el tiempo destruirá estrellas y galaxias, convertirá el Sol en una supernova y destruirá a la Tierra con él.

Desde que existe la historia escrita, el Santo Grial de inventores y científicos, pero también de charlatanes y artistas del fraude, ha sido la legendaria «máquina de movimiento perpetuo», un dispositivo que puede funcionar indefinidamente sin pérdida de energía. Una versión aún mejor es un dispositivo que crea más energía de la que consume, tal como la bomba de electrones, que crea energía gratuita e ilimitada.

En los próximos años, a medida que nuestro mundo industrializado agote poco a poco el petróleo barato, habrá una enorme presión para encontrar nuevas y abundantes fuentes de energía limpia. El aumento del precio del gas, la caída de la producción, el aumento de la contaminación, los cambios atmosféricos, etc., todo ello alimenta un renovado e intenso interés por la energía.

La popularidad de la máquina de movimiento perpetuo es amplia. En un episodio de Los Simpson titulado «El PTA se dispersa», Lisa construye su propia máquina de movimiento perpetuo durante una huelga de profesores. Esto impulsa a Homero a declarar seriamente: «Lisa, deja eso... en esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica».

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Pero si la energía es tan preciosa, entonces ¿cuál es exactamente la probabilidad de crear

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Michio Kaku

Tomado de Borges, J. L. (s. f.). El Aleph. Ciudad Seva: http://ciudadseva.com/texto/el-aleph/

Texto de Física \ 3,

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