thumb|right|Un «tornillo de agua» ideado por Robert Fludd en 1618, máquina de movimiento perpetuo en un grabado en madera de 1660. Pese a que el invento nunca funcionaría, se ideó como un posible intento de emplear una de esas máquinas para operar piedras de moler: El agua del tanque superior hace girar una rueda hidráulica (abajo a la izquierda) la cual mueve un complejo engranaje y ejes que impulsan un tornillo de Arquímedes (desde abajo al centro hasta arriba a la derecha) para bombear agua para rellenar el tanque. El movimiento de la rueda hidráulica mueve otras dos ruedas (abajo a la derecha) y es mostrada con suficiente suministro de agua para su lubricación. thumb|Móvil perpetuo de Villard de Honnecourt, ca. 1230. thumb|Frasco de autollenado de Robert Boyle. El móvil perpetuo (en latín: perpetuum mobile) es una máquina hipotética que sería capaz de continuar funcionando eternamente, después de un impulso inicial, sin necesidad de energía externa adicional. Se basa en la idea de la conservación de la energía. Su existencia violaría teóricamente el segundo principio de la termodinámica, por lo que se considera un objeto imposible. El hecho de impulsar un móvil sin energía externa es imposible, debido a que la energía se disipa de varias formas, principalmente en forma de calor, que es lo que produciría la máquina al estar en movimiento.
Dado que los principios de la termodinámica son algunos de los más comprobados y estables a lo largo de siglos de la física, las propuestas de movimiento perpetuo serias son siempre desdeñadas. Con frecuencia, este tipo de máquinas son utilizadas por los físicos como una forma de poner a prueba sus conocimientos, demostrando, sin utilizar la termodinámica, que no puede funcionar. Además, es frecuente la aparición de «paradojas», al imaginarse experimentos mentales que parecen mostrar móviles perpetuos; invariablemente se trata de errores de comprensión de las leyes de la física, por lo que resultan muy instructivas.
Este tipo de ideas son adoptadas principalmente por círculos religiosos, ocultistas o pseudocientíficos, creyentes de fuentes de energía inagotable.
Clasificación Se dividen en dos categorías, según el principio de termodinámica que violen:
Móvil perpetuo de primera especie, toda máquina que funciona perpetuamente y produce trabajo, sin ninguna entrada externa de energía, y sujeta a ninguna pérdida, pasando el tiempo la máquina seguirá funcionando sin detenerse.Tsaousis, D. (2008). Perpetual Motion Machine. Journal of Engineering Science and Technology Review, 1, 53-57. Móvil perpetuo de segunda especie, toda máquina que funciona periódicamente, la cual transforma el total de la energía, en otro tipo (mecánica, eléctrica, etc.), sin pérdida alguna en el proceso.
Principios básicos
Existe un consenso científico en que el movimiento perpetuo en un sistema aislado viola la primera ley de la termodinámica, la segunda ley de la termodinámica, o ambas. La primera ley de la termodinámica es una versión de la ley de conservación de la energía. La segunda ley puede enunciarse de varias maneras, la más intuitiva de las cuales es que el calor fluye espontáneamente de los lugares más calientes a los más fríos; lo relevante aquí es que la ley observa que en todo proceso macroscópico existe fricción o algo parecido; otra afirmación es que ninguna máquina de calor (un motor que produce trabajo mientras mueve calor de una temperatura alta a una baja) puede ser más eficiente que una máquina de calor de Carnot que funcione entre las mismas dos temperaturas.
En otras palabras:
En cualquier sistema aislado, no se puede crear nueva energía (ley de conservación de la energía). En consecuencia, el rendimiento térmico-la potencia de trabajo producida dividida por la potencia calorífica de entrada-no puede ser mayor que uno. La potencia de trabajo de salida de las máquinas térmicas es siempre inferior a la potencia calorífica de entrada. El resto de la energía térmica suministrada se pierde en forma de calor en el entorno. Por lo tanto, el rendimiento térmico tiene un máximo, dado por el rendimiento de Carnot, que siempre es inferior a uno. El rendimiento de los motores térmicos reales es incluso inferior al rendimiento de Carnot debido a la irreversibilidad derivada de la velocidad de los procesos, incluida la fricción.
Las afirmaciones 2 y 3 se aplican a los motores térmicos. Otros tipos de motores que convierten, por ejemplo, energía mecánica en electromagnética, no pueden funcionar con una eficiencia del 100%, porque es imposible diseñar ningún sistema que esté libre de disipación de energía.
Las máquinas que cumplen ambas leyes de la termodinámica accediendo a la energía de fuentes no convencionales se denominan a veces máquinas de movimiento perpetuo, aunque no cumplen los criterios estándar para recibir este nombre. A modo de ejemplo, se han diseñado relojes y otras máquinas de baja potencia, como el reloj de Cox, para funcionar con las diferencias de presión barométrica o temperatura entre la noche y el día. Estas máquinas tienen una fuente de energía, aunque no sea evidente, por lo que sólo parecen violar las leyes de la termodinámica.
Incluso las máquinas que extraen energía de fuentes de larga vida -como las corrientes marinas- se agotarán cuando lo hagan inevitablemente sus fuentes de energía. No son máquinas de movimiento perpetuo porque consumen energía de una fuente externa y no son sistemas aislados.
Clasificación Una clasificación de las máquinas de movimiento perpetuo se refiere a la ley particular de la termodinámica que las máquinas pretenden violar: Una máquina de movimiento perpetuo de primer tipo produce trabajo sin aporte de energía. Por lo tanto, viola la primera ley de la termodinámica: la ley de conservación de la energía. Una máquina de movimiento perpetuo de segundo tipo es una máquina que convierte espontáneamente energía térmica en trabajo mecánico. Cuando la energía térmica es equivalente al trabajo realizado, esto no viola la ley de conservación de la energía. Sin embargo, sí viola la más sutil segunda ley de la termodinámica en un proceso cíclico (véase también entropía). La firma de una máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo es que sólo hay un depósito de calor implicado, que se enfría espontáneamente sin implicar una transferencia de calor a un depósito más frío. Esta conversión de calor en trabajo útil, sin ningún efecto secundario, es imposible, según la segunda ley de la termodinámica. Una máquina de movimiento perpetuo del tercer tipo suele ser (pero no siempre)Una definición alternativa es dada, por ejemplo, por Schadewald, quien define una "máquina de movimiento perpetuo del tercer tipo" como una máquina que viola la tercera ley de la termodinámica. Véase Schadewald, Robert J. (2008), Worlds of Their Own - A Brief History of Misguided Ideas: Creationism, Flat-Earthism, Energy Scams, and the Velikovsky Affair, Xlibris, . pp55-56 definido como aquel que elimina por completo la fricción y otras fuerzas disipativas, para mantener el movimiento para siempre debido a la inercia de su masa (Tercera en este caso se refiere únicamente a la posición en el esquema de clasificación anterior, no a la tercera ley de la termodinámica). Es imposible fabricar una máquina así, ya que la disipación nunca puede eliminarse por completo en un sistema mecánico, por mucho que un sistema se acerque a este ideal (véanse ejemplos en la sección Baja fricción).
Imposibilidad thumb|right|225px|edición de octubre de 1920 de la revista Popular Science, sobre el movimiento perpetuo. Aunque los científicos han establecido que son imposibles según las leyes de la física, el movimiento perpetuo sigue capturando la imaginación de los inventores. El dispositivo mostrado es un dispositivo de "palanca de masa", en el que las pesas esféricas de la derecha tienen más palanca que las de la izquierda, creando supuestamente una rotación perpetua. Sin embargo, hay un mayor número de pesas a la izquierda, equilibrando el dispositivo. La "imposibilidad epistémica" describe cosas que absolutamente no pueden ocurrir dentro de nuestra formulación actual de las leyes físicas. Esta interpretación de la palabra "imposible" es lo que se pretende en los debates sobre la imposibilidad del movimiento perpetuo en un sistema cerrado.
Las leyes de conservación son especialmente sólidas desde el punto de vista matemático. El Teorema de Noether, que fue probado matemáticamente en 1915, afirma que cualquier ley de conservación puede derivarse de una simetría continua correspondiente de la acción de un sistema físico. La simetría que equivale a la conservación de la energía es la invariancia temporal de las leyes físicas. Por lo tanto, si las leyes de la física no cambian con el tiempo, entonces se sigue la conservación de la energía. Para que la conservación de la energía sea violada para permitir el movimiento perpetuo requeriría que los fundamentos de la física cambiaran.
Las investigaciones científicas sobre si las leyes de la física son invariables a lo largo del tiempo utilizan telescopios para examinar el universo en el pasado lejano y descubrir, hasta los límites de nuestras mediciones, si las estrellas antiguas eran idénticas a las estrellas actuales. Combinando diferentes mediciones como la espectroscopia, la medición directa de la velocidad de la luz en el pasado y mediciones similares se demuestra que la física ha permanecido sustancialmente igual, si no idéntica, durante todo el tiempo observable que abarca miles de millones de años."CE410: ¿Son constantes las constantes?", talkorigins
Los principios de la termodinámica están tan bien asentados, tanto teórica como experimentalmente, que las propuestas de máquinas de movimiento perpetuo suscitan la incredulidad general de los físicos. Cualquier propuesta de diseño de movimiento perpetuo ofrece un reto potencialmente instructivo a los físicos: uno está seguro de que no puede funcionar, por lo que debe explicar cómo no funciona. La dificultad (y el valor) de este ejercicio depende de la sutileza de la propuesta; las mejores suelen surgir de los propios experimentos mentales de los físicos y a menudo arrojan luz sobre ciertos aspectos de la física. Así, por ejemplo, el experimento mental de un trinquete browniano como máquina de movimiento perpetuo fue discutido por primera vez por Gabriel Lippmann en 1900, pero no fue hasta 1912 cuando Marian Smoluchowski dio una explicación adecuada de por qué no puede funcionar. Sin embargo, durante ese periodo de doce años los científicos no creían que la máquina fuera posible. Simplemente desconocían el mecanismo exacto por el que inevitablemente fallaría.
A mediados del , Henry Dircks investigó la historia de los experimentos de movimiento perpetuo y escribió un ataque vitriólico contra quienes seguían intentando lo que él creía imposible:
Técnicas
Algunas ideas comunes se repiten una y otra vez en los diseños de las máquinas de movimiento perpetuo. Muchas ideas que siguen apareciendo hoy en día fueron expuestas ya en 1670 por John Wilkins, Obispo de Chester y funcionario de la Royal Society. Esbozó tres fuentes potenciales de energía para una máquina de movimiento perpetuo, " Extracciones", "Virtudes magnéticas" y "la afección natural de la gravedad".