СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Термодинамика К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПОЛЕВЫХ ФОРМ ЭНЕРГИИ.Ч.1. КОНВЕРТОРЫ ГРАВИТАЦИОННОЙ ЭНЕРГИИ

 

К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПОЛЕВЫХ ФОРМ ЭНЕРГИИ.

Ч.1. КОНВЕРТОРЫ ГРАВИТАЦИОННОЙ ЭНЕРГИИ

© В.А.Эткин

профессор

Контакт с автором: etkinv@mail.ru

 

 

Введение.

На сегодняшний день имеются сведения о более чем двух десятках действующих устройств, мощность на выходе которых превышает поддающуюся измерению мощность на их входе. Известны также более ста патентов, выданных в разных странах на такие установки. В Интернете несложно увидеть видеофильмы, демонстрирующие работу устройств, называемых обычно “генераторами свободной энергии”, “сверхединичными устройствами” (с КПД выше 100%), “генераторами избыточной мощности” и даже “вечными двигателями”. Поскольку физическое содержание всех вышеперечисленных терминов находится в вопиющем противоречии с законом сохранения энергии, будет более правильным говорить о превращении в подобных установках неучтенных видов энергии, альтернативных не только обычному органическому и ядерному топливу, но и известным возобновляемым ее видам. Поэтому в дальнейшем мы будем называть их для краткости просто альтернаторами1). Считается, что такие установки способны в принципе решить проблему надвигающегося энергетического и экологического кризиса. И тем не менее ни одна из них не стала доступна массовому потребителю на открытом рынке в качестве товара. Задача настоящей и последующих статей этого цикла – выяснить причины подозрительного отношения к сообщениям такого рода и рассмотреть вопрос о возможности создания устройств, использующих энергию окружающей среды, с более общих позиций энергодинамики как теории, обобщающей термодинамику на нетепловые формы энергии.

Краткая историческая справка.

Идея создания “perpеtuum mobile” (вечно движущихся) технических устройств уходит своими корнями в философию древнего востока. Оттуда же исходят и первые документальные свидетельства о создании двигателей, использующих силу тяжести. Таково, в частности, “самовращающееся колесо” Бахаскара (Индия) с тангенциально расположенными трубами, до половины заполненными водой, которое демонстрировалось в середине ХII века. В Европе первые проекты такого рода механических “вечных двигателей” относятся к ХIII столетию (колесо и семью грузами В. Оннекура (V. de Honnecourt, Франция, 1245, Франция); аналогичное колесо В. Марикура (V. Маricourt, 1269 г., Франция). Ряд чертежей устройств такого типа, где падающие вертикально вниз грузики или вода вращают колесо, производя полезную работу, оставил Leonardo da Vinci. В Италии в 1438 году М. Жакопо построил систему из восьми стержней, радиально расположенных в плоскости вращения и сгибающихся в одном направлении. Благодаря этому левая половина системы отличается по весу от правой, обеспечивая вращение системы. В 1610 году (предположительно) создал перпетуум – мобиле К. Дребель (Cornelis Drebbel), алхимик и маг. Большое количество устройств такого типа к 1630 году разработал Р. Флад (Robert Fludd). Позднее, в 1870 году, многие пытались получить патенты на различные вариации устройства Фладда. В 1664 г. в Германии разработал “шариковый” перпетуум_мобиле У. Карнах (Ulrich von Carnach). В 1667–1748 гг. проект устройства флюидной энергии представил известный ученый Ж. Бернулли (Jean Bernoulli). В 1686 г. Боклер (Bockler) сконструировал “самовращающиеся мельницы”, используя различные варианты винтов Архимеда.

В Англии первый патент на перпетуум – мобиле был выдан в 1635 году на четырехметровое колесо Э. Соммерсета (E. Somerset) с 14–ю грузами по 25 кг. Испытания машины с блеском прошли в Лондоне в присутствии короля Карла, о чем имеется запись в архивах. Одно из таких колес Е. Сомерсет демонстрировал в 1638 году королю Франции. Характерно, что к 1903 году в Англии было выдано уже 600 патентов на подобные устройства.

Наибольшую известность в начале XVIII века приобрело колесо Ж. Бесслера (J. Bessler), более известного как Орфериус (Orffyreus). На протяжении нескольких десятков лет он публично демонстрировал различные модели своего колеса, приводившегося в движение грузами внутри колеса, создававшими ассиметричный момент сил при его вращении. Последняя из его конструкций имела 6 футов в диаметре, 12 дюймов толщиной и вращалось со скоростью 42 об/мин. Это колесо не только поддерживало непрерывное вращение, но и позволяло совершать полезную работу, например, поднимать груз массой 16 кг на высоту 1,5 метра. Его работу неоднократно проверяли известные учёные и официальные лица, а немецкий принц Карл, посвящённый в его устройство, выдал Орфериусу сертификат на “Вечный двигатель”. Под контролём компетентной комиссии из 11 человек (среди членов которой был профессор Грависант, близкий друг Ньютона) в 1717 году колесо сорок дней проработало в замкнутом опечатанном помещении и при внезапной проверке было обнаружено вращающимся со скоростью 26 об/мин. Опыты многократно повторялись, при этом комиссией тщательно проверялась возможность существования скрытых приводов (для чего меняли местоположение колеса).

Как видим, созданием вечных двигателей занимались вовсе не шарлатаны. Поэтому далеко не к чести Парижской Академии Наук следует отнести решение ее в 1775 г. (т.е. задолго до открытия закона сохранения энергии) “отныне и навсегда” не рассматривать “никакой машины, дающей вечное движение”. Нелишне отметить, что ранее та же Академия отказалась рассматривать существование метеоритов, считая абсурдным возможность падения камней с неба. Всем известно, каким конфузом это обернулось. Вполне вероятно, что если бы французские академики не отмахнулись от внимательного и объективного рассмотрения подобных устройств, пути развития энергетики и науки в целом были бы иными. Между тем в реальной жизни наблюдалась обратная картина: когда публично демонстрировалось работающее устройство, выдававшееся за “рerpеtuum mobile”, дело заканчивалось, как и в случае с колесом Орфериуса, журнальным памфлетом.

Казалось бы, отношение к проблеме вечного двигателя должно было поменяться после установления закона сохранения энергии, когда должен был отпасть сам собой вопрос о получении работы “из ничего”, и речь могла идти лишь о превращении определенной (упорядоченной) части энергии из одной формы в другую. Именно так понимал этот вопрос создатель теории тепловых машин С. Карно (1824), поскольку в ней теплота рассматривалась как неуничтожимый флюид (теплород), и вопрос о ее “расходовании” в процессе совершения работы не мог возникнуть. С другой стороны, в его утверждении о том, что “повсюду, где имеется разность температур, может возникнуть живая сила” (т.е. способность совершать работу), уже был заложен необходимый и достаточный признак пригодности тепловой энергии к преобразованию. Такое понимание не отрицало существования в природе вечного движения и переводило вопрос в практическое русло выяснения наличия способной к превращению (так называемой “свободной”, “технически пригодной” и т.п.) части тепловой энергии. Оно сужает негативный смысл понятия “вечный двигатель” до очевидного утверждения о невозможности создания устройства, осуществляющего преобразование одного вида энергии в другой (т.е. совершающего полезную работу) в отсутствие способной к преобразованию части энергии.

Однако в трудах основоположников термодинамики (Р. Клаузиус, В.Томсон и др.) это следствие из закона сохранения энергии оказалось не только заложенным в основание, 1-го начала термодинамики, но и распространено на ее 2-е начало, известное как “принцип исключенного вечного двигателя 2-го рода”. Так величайшая идея неуничтожимости движения была подменена тезисом о необратимости любых реальных процессов и ложной теорией “тепловой смерти Вселенной”. В настоящее время именно принципы исключенного вечного двигателя 1-го и 2-го рода, трактуемые как постулаты, являются наиболее трудными для понимания, спорными и подвергаемыми разносторонней критике. Об этом свидетельствует и то обстоятельство, что авторы многочисленных публикаций о работе названных выше устройств не желают признавать источниками энергии те, что не поддаются учету современными средствами. Более того, некоторые исследователи просто пренебрегают этими источниками ввиду отсутствия... связанных с этим материальных затрат!

 

Теоретическая возможность создания альтернаторов.

Науке известны две формы существования материи: вещество и поле. До сих пор человечество использовало энергию только первого из них. Такова, в частности, химическая энергия топлив и ядерная энергия самопроизвольно делящихся элементов. Конечным продуктом конверсии их энергии является вещество в его измененном состоянии, которое накапливается на планете, создавая прямую угрозу ее экологической стабильности. Проблема усугубляется концентрацией населения в огромные мегаполисы и ростом потребления энергоресурсов. Все более централизованным стало производство энергии; все более гигантских размеров – плотины гидроэлектростанций и энергетические установки тепловых электростанций, все более протяженными – нефтепроводы и газопроводы, а также линии электропередачи и магистрали теплоснабжения. Это лишь ускоряет наступление экологического кризиса и усугубляет последствия стихийных бедствий. Тают запасы ископаемого топлива, а доля возобновляемых источников энергии остается крайне низкой. В поисках новых источников энергии научное сообщество идет на все возрастающий риск, откладывая на неопределенный срок решение проблемы захоронения ядерных отходов и консервации отработавших свой срок ядерных установок. Огромные средства затрачиваются на обуздание термоядерных реакций. И нет, казалось бы, выхода из создавшегося положения.

Между тем в сложившихся условиях человечеству следовало бы обратить более пристальное внимание на полевые формы энергии окружающей нас среды. Основной характеристикой силовых полей является, как известно, их напряженность, выражаемая отрицательными градиентами гравитационного, электрического, химического и т.п. потенциала. Эти градиенты свидетельствует о пространственной неоднородности полей указанных потенциалов и о наличии у ней той самой “свободной”, “технически пригодной” и т.п. энергии, которая делает их способными к совершению работы. Однако термодинамическое исследование машин, использующих полевые формы энергии, требует обобщения классической и неравновесной термодинамики (существующей теории необратимых процессов) на процессы преобразования любых форм энергии. Таким обобщением и является энергодинамика. Она рассматривает в качестве объекта исследования пространственно неоднородные (внутренне неравновесные) системы в целом, не исключая из рассмотрения и такую совокупность взаимодействующих тел и полей, которую с приемлемой точностью можно рассматривать как замкнутую (изолированную) систему. Классическая термодинамика, как известно, ограничивалась рассмотрением внутренне равновесных (пространственно однородных) систем, в которых интенсивные параметры типа температуры Т, давления р, химического, электрического и т.п. потенциала во всех точках системы были одинаковы. Это диктовалось не столько простотой описания системы, сколько переходом уравнений термодинамики в неравенства вследствие неизбежных самопроизвольных изменений их параметров. Именно эта внутренняя неравновесность термодинамических систем как объекта исследования термодинамики необратимых процессов [1] потребовала ее отказа от присущего классической термодинамике и близкого к системному подходу дедуктивного метода исследования (от общего к частному). Отказ от системного подхода и переход к исследованию “от части к целому” характерен и для других дисциплин, включая механику, гидродинамику и электродинамику сплошных сред. Бесконечное число степеней свободы континуальных сред вынуждают их дробить системы на элементы, считающиеся пространственно однородными (а то и вовсе лишенными пространственной протяженности подобно частицам квантовой механики), в надежде, что свойства систем в целом можно будет затем описать с помощью подходящих интегралов. Между тем системный подход потому и необходим, что свойства системы в целом не являются суммой свойств ее частей. Наглядным примером такой неаддитивности свойств демонстрируют уже упоминавшиеся тепловые машины, внутренне равновесные части которых (источники, приемники тепла и рабочие тела), взятые отдельно, не обладают способностью к преобразованию энергии.

Последовательное применение системного подхода стало возможным после введения в рамках термокинетики [2] параметров пространственной неоднородности систем в целом. Рассмотрение неравновесных систем как единого целого обнаруживает протекание в них двух дополнительных категорий процессов, отсутствовавших в однородных системах. Первые из них состоят в перераспределении по объему системы каких-либо ее экстенсивных параметров Θi (энтропии S, массы М, заряда Θе, импульса Р и т.п.). Такие процессы связаны с изменением положения центра Ri величины Θi по сравнению с однородной системой и с появлением некоторого “момента распределения” Zi = Θi∆Ri величины Θi с плечом ∆Ri, названным нами вектором смещения [1]. Такие процессы напоминают перекачку текучих материалов из одной части сосуда в другую, требующую затраты определенной полезной работы, или самопроизвольное выравнивание их уровней при релаксации системы, сопровождаемое совершением работы диссипативного характера. Те и другие отнесены нами к одной категории процессов перераспределения. Сущность другой группы процессов, названной ориентационными, состоит в переориентации векторов смещения Ri на угол ∆φi под воздействием внешних полей, как это происходит, например, в процессах ориентационной поляризации диэлектриков или намагничивании магнетиков. Протекание в неоднородных системах дополнительных процессов перераспределения и переориентации означает, что внутренняя (собственная) энергия таких систем U = U(Θi, Ri,φi), т.е. становится функцией не только уже известных из механики и термодинамики координат состояния Θi, но также и переменных Ri и φi, где i = 1,2,…, n – число составляющих Ui энергии исследуемой системы U = ΣiUi. В таком случае полный дифференциал энергии системы может быть представлен в виде тождества

 

dU ≡ ΣiΨi i – Σi Fi·dRi – Σi Мi·dφi, (1)

 

где Ψi ≡ (∂U/∂Θi) – обобщенные потенциалы типа абсолютной температуры Т, абсолютного давления р, химического, электрического, гравитационного и т.п. потенциала системы в целом; Fi ≡ – (∂U/∂Ri) – силы в их обычном (ньютоновском) понимании, возникающие в системе вследствие ее пространственной неоднородности; Мi – (∂U/∂φi) – крутящие (ориентационные) моменты, действующие в системе при несовпадении направления ее поляризации с внешним полем.

Члены первой суммы выражения (1) характеризуют процессы неравновесного теплообмена, объемного расширения, массообмена, электризации и т.п. пространственно неоднородной системы. При этом потенциалы Ψi приобретают смысл среднемассовой температуры, давления, химического, электрического и т.п. потенциала системы. Вторая и третья суммы (1) в зависимости от их знака описывают процессы совершения системой (или над ней) упорядоченной работы (как полезной, так и диссипативной). В однородных системах эти процессы отсутствуют, и выражение (1) переходит в объединенное уравнение 1-го и 2-го начал классической термодинамики открытых поливариантных систем в форме обобщенного соотношения Гиббса. В изолированных системах левая часть (1) обращается в нуль, а любая из величин Fi и Мi приобретает смысл пары внутренних сил и их момента, которые возникают вследствие неоднородности системы.

Остается показать, что предпринятое обобщение термодинамики на пространственно неоднородные системы позволяет легко объяснить работу устройств типа колеса Орфериуса, ошибочно относимых к категории “вечных двигателей”.

Преобразователи гравитационной энергии.

В традиционной академической среде и среди представителей различных альтернативных научных форумов широко распространено мнение, что для обоснования принципа действия и разработки “сверхединичных” устройств (c КПД > 1) необходим некий новый “экзотический” раздел физики. Имеется в виду представление, что “вечные двигатели” работают с категориями “высшей топологии”, выходящими за рамки трех измерений, и демонстрируют процессы, протекающие в “реверсированном” времени (из будущего в прошлое). Такие процессы якобы являются проявлением “отрицательного трения”, “отрицательной электрической проводимости”, “отрицательной энергии”, результатом “изменения структуры пространства и времени”, использования “энергии флуктуаций физического вакуума” и т.д. и т.п. Представляется целесообразным противопоставить всему этому набору невероятных гипотез и постулатов энергодинамику. Рассмотрим для конкретности колесо Фрага (Куба, патент США IL 60915, 1987). Это устройство представляет собой самовращающееся колесо с несбалансированными грузами, закрепленными на конце рычагов (рис. 1).

Противоположные концы рычагов имеют подвижные шарниры, позволяющие рычагам “опрокидываться” при переходе через точку неустойчивого равновесия. Колесо имеет ряд выступов, удерживающих грузы с рычагами в положение с максимально возможным вращающим моментом (левая часть колеса). Напротив, в правой части колеса грузы находятся все время в положении с минимальным крутящим моментом. Устройство приходит в устойчивое вращение после небольшого толчка. Работа такого циклического двигателя Wц описывается круговым интегралом от одного из членов третьей суммы выражения (1):

 

 

где Mi = Fi×Ri(φi) крутящий момент на валу колеса; φi – угол его поворота; Fi = Fg , Ri(φi) – соответственно сила тяжести и текущий радиус центра тяжести рычагов с грузами.

Легко видеть, что если бы крутящий момент Mi оставался постоянным при вращении колеса, то, вынося его за знак интеграла, мы немедленно пришли бы к выводу, что работа цикла будет равна нулю, поскольку круговой интеграл по любому параметру системы (в данном случае по углу φi) обращается в нуль. Следовательно, получить работу от гравитационного двигателя можно только в том случае, когда значение крутящего момента на различных участках цикла будет отличаться. Разбивая круговой интеграл (2) на участки 1–2 и 2–1, в пределах которых угол φi изменяется от 0 до180о и от 180о до 0, и обозначая Mi на этих участках одним и двумя штрихами, имеем:

 

Отсюда следует, что работа грузов весом Fg, вращающихся в стационарном поле тяжести, отлична от нуля, если радиусы плеча вращающего момента Rg' и Rg" на участках подъема и падения груза в среднем различны (т.е. колесо “разбалансировано”). Цикл такой установки в диаграмме Mφ для одного из рычагов с грузом показан на рис. 2. Предположим, что в начальный момент этот груз занимал крайнее нижнее положение (угол φ с вертикалью составляет 0о). Приложив внешнее усилие, повернем колесо против часовой стрелки на угол 180о так, чтобы плечо груза Rg' оставалось минимальным (процесс 12). При этом будет затрачена работа, выражаемая дважды заштрихованной площадкой. По достижении крайнего верхнего положения произойдет “переброска” груза, и дальнейшее вращение колеса будет происходить самопроизвольно (процесс 2–1). Совершаемая при этом работа, выражаемая заштрихованной площадкой под кривой 21, будет больше затраченной ввиду увеличения Rg" и соответствующего ему среднего значения крутящего момента M". В дальнейшем подъем грузов в процессе 1–2 будет осуществляться без вмешательства извне, поскольку среднее значение противодействующего момента M" будет меньшим. В этом и состоит принцип действия самовращающихся колес, которые, таким образом, не нарушают никаких законов физики и не являются “вечными двигателями” в нарицательном смысле этого термина. Нам остается только привести несколько современных конструкций таких устройств. Одно из наиболее внушительных устройств такого рода построил А. Коста (патент Франции №95/12421, 1995). Его 18-метровое несбалансированное колесо лучше всяких слов свидетельствует о серьезности подхода и об уверенности изобретателя в работоспособности создаваемой им конструкции. Это колесо работает на том же принципе и содержит 236 подвижных элементов, обеспечивающих его вращение. Оно может вращаться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Как отмечает изобретатель, главная трудность его изготовления состояла в том, чтобы получить изменение положения масс “в нужном месте и в нужное время”.

В 2006 г. энергетическая компания “Environ” объявила о готовности к выпуску на рынок генератора SPEGG, производящего электроэнергию без затрат топлива. Генератор представляет собой самовращающееся колесо “Warannlinc”, которое присоединяется к генератору тока и имеет 16 спиц. 8 из них содержат грузики, движущиеся поступательно и сжимающие при этом пружины. Когда устроено так, что оно всегда тяжелее с одной стороны. Это нарушает равновесие колеса в поле тяжести, вынуждая его вращаться. Таким образом, великая идея использования неисчерпаемых “живых сил” природы начинает получать реальное воплощение.

__________________________________________

 1) Термин «альтернаторы» в настоящее время относят к одному классу «сверхединичных» устройств – маг-нитным моторам и генераторам. Мы будем употреблять его в более широком смысле.

Литература.

  1. Хазе Р. Термодинамика необратимых процессов.- М. : Мир, 1967.-544 с.
  2. Эткин В.А. Термокинетика. Тольятти, 1999.- 234 с.

 

 

Дата публикации: 16 октября 2008
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.