Статья: Термодинамическое преобразование энергии, с кпд близким к 100%, реально

В. Михайлюк

В процессе преобразования химической энергии топлива в механическую энергию машин, нагрев рабочего тела (р.т.), иными словами накачка молекул р.т. кинетической энергией, производится с целью увеличения давления р.т. в рабочих цилиндрах, камерах сгорания. Только перепад давления, разделённый поршнем (в других типах двигателей между камерой сгорания и точкой сброса отработанного р.т.) приводит к возникновению результирующей, направленной в сторону низкого давления. Перепад температур, не является необходимым условием для работы двигателя. Вполне реальна работа двигателя в условиях, когда температура окружающей атмосферы будет выше температуры в рабочем цилиндре. Ни какого теплообмена во время совершения рабочего цикла нет. Само понятие тепло является наследием калорической теории и не соответствует молекулярной теории газообразной фазы состояния вещества. Никогда в рабочем цикле не было холодильников. Холодильник самостоятельная машина, служащая для регенерации и подготовки рабочего тела. Подготовьте запас рабочего тела получаемого с его помощью и смело отключайте его, машина будет работать. Но реаниматоры “второго начала” утверждают, роль холодильника играет более холодная атмосфера. Чтобы убедиться в абсурдности этого утверждения направьте выхлоп двигателя (можно своего автомобиля), последовательно, в пламя костра и в сосуд Дьюара, на поверхность жидкого азота. Убедились в том, что нет зависимости от температуры, и необходимости в холодильнике. Но, если перекрыть отводной канал (выхлоп), то в связи с исчезновением перепада давления произойдёт почти мгновенная остановка двигателя, к аналогичным последствиям приводит декомпрессия. Нагрев р.т., это способ съёма энергии получаемой в результате химической (ядерной) реакции топлива, с целью получения высокого давления р.т., и дальнейшим преобразованием в механическую энергию. Мы повышаем температуру р.т., за счёт энергии топлива, с целью повышения его давления до уровня кондиционного. Именно так. При температуре р.т.8000К достигаем давления в рабочих цилиндрах 25Мпа. Температуру р.т.8000К мы можем получить и при давлении 0,1Мпа, только турбины не сдвинутся с места. Где теплообмен, основа рассуждений Карно, в результате которых он сделал заключение о невозможности термодинамических преобразований с к.п.д. близким к 100%? Где холодильники, без которых невозможно преобразование энергии? Карно пошёл по пути средневековых философов, употребляя лишь слово тепло вместо “теплород”. Всё остальное как у них: тепловые резервуары, тепло течёт …. Энергетическое состояние молекул, составляющих физический объект, определяется кинетической энергией поступательного, вращательного и колебательного движений этих молекул. Количественной мерой средней кинетической энергии молекул составляющих объект является его температура. Она однозначно определяет энергетическое состояние объектов, представленных в жидкой и твёрдой фазах вещества, имеющих постоянный объём. В газообразном состоянии, объект занимает объём предоставленного пространства. Поэтому однозначно, одной температурой, энергетическое состояние объекта определяться не может. В этом случае, общая внутренняя энергия объекта, в количественном отношении, в первую очередь определяется плотностью энергии или удельной энергией, т.е. количеством внутренней энергии приходящейся на единичный объём. Температура, в этом случае, приобретает свойства качественной характеристики.

Рассмотрим уравнение Клапейрона-Менделеева:

PV = m/μ R T, запишем в виде: i/2 PV = i/2 m/μ RT;

правая часть этого уравнения, есть внутренняя энергия идеального газа W;

Следовательно W = i/2 PV, или W/V =i/2 P,

но W/V есть ничто иное как плотность внутренней энергии газа, которую обозначим W0, тогда :

W0 = i/2 P, т.е. плотность внутренней энергии газа равна давлению газа умноженному на половину числа степеней свободы газа i, дж/м3 (обратите внимание при сокращении на м мы получаем н/м2 или паскаль). Непосредственному измерению она не подлежит, но легко вычисляется через давление газа. Вот почему решающим, скорее единственным, фактором определяющим энергоёмкость рабочего объёма, является давление газа.

Для всех ныне известных тепловых двигателей от паровозного до ракетного (объединим их под названием термодинамические преобразователи 1го рода), характерно прохождение рабочим телом 3х следующих стадий, во время совершения рабочего цикла:

Накачка р.т. внутренней энергией или его нагрев, с целью увеличения плотности энергии, т.е. повышения давления.

Адиабатическое расширение р.т. с преобразованием внутренней энергии р.т. в механическую энергию машин. Движущийся со стороны преобладающего давления поршень (или другой рабочий орган), наращивающий свою кинетическую энергию от каждого превалирующего столкновения молекул р.т., со стороны рабочего цилиндра, является признаком происходящего преобразования. При таких столкновениях с поршнем, молекулы р.т. отдают ему часть скорости, импульса, энергии, в результате они и всё работающее р.т., естественно, охлаждаются. Снижение температуры р.т. и соответствующее ему уменьшение его внутренней энергии - признак совершения механической работы на такую же величину.

Сброс отработанного р.т., производится в момент, рассчитанный конструктором двигателя, когда, по его мнению, дальнейшее преобразование энергии становится нерентабельным для данной конструкции. До этого момента энергетические потери всех известных двигателей близки к 0, т.е. к.п.д. около 100%. Только в момент сброса отработанного р.т., вместе с ним утилизируется энергия равная разности энергии сбрасываемого р.т. и его энергии перед началом нагрева.

Никаких холодильников. Для повторения циклов берутся новые порции р.т., и с ними совершаются те же действия. И только если мы решили, что более рациональной будет регенерация отработанного р.т., с целью повторного его использования, мы производим сброс отработанного р.т. в холодильник. Холодильник является обособленной машиной прямо не связанной с работой двигателя, его задачей является подготовка р.т. к повторному использованию. Как видим, логика исследований Карно построена на средневековом представлении природы явлений, понятии тепла (теплорода). Потому и результат таков, что он не разобрался даже в том, что нагрев производится для повышения давления. Вывод о невозможности полного преобразования энергии в полезную работу бездоказателен и абсурден, но именно этот запрет является ярлыком “изобретателя вечного двигателя”, хотя и второго рода. Он отбросил технический прогресс человечества на многие годы. Мы с энтузиазмом взялись за решение проблемы управляемого термоядерного синтеза, ведь энергоёмкость термоядерного топлива в 5 раз превосходит ядерное, при одинаковой массе. Но то, что ядерное топливо более чем в миллион раз превосходящее по энергоёмкости лучшее химическое топливо, не выиграло конкуренции, мы проигнорировали, без единой попытки разобраться в причинах этого, далеко неординарного случая. На суперсовременных АЭС утилизируется 60% энергии распада топлива и только 40% преобразуется в электроэнергию, т.е. по назначению. Следуя по указанному Карно ложному пути, оптимисты с надеждой и умилением смотрят на гейзеры и другие горячие источники, как на альтернативу тепловым электростанциям, (как же, есть завещанный Карно перепад температур). Но если бы они измерили температуру пара на выходе из турбин в так называемый холодильник …, думаю, начался бы поиск вредителей. АЭС вызывают чувство потенциальной опасности у граждан, не смотря на то, что на них не возможен ядерный взрыв. Реальная опасность их в том, что в случаях технических аварий возможны утечки радиоактивных веществ, тепловой взрыв, и в случаях выброса в атмосферу продуктов распада, это может привести к радиоактивному заражению местности. Отсюда вывод: АЭС должны находиться глубоко под землёй, в скальных породах. Но помеха этому необходимость в охлаждающих резервуарах, которые принимают 60% энергии сгораемого топлива.

Суть выше изложенного, состоит в отрицании 2го начала термодинамики, неприемлемости его положений и утверждении других закономерностей, происходящих вовремя термодинамического преобразования энергии. Второе начало неприемлемо, т.к. в излагаемых, во 2ом начале, утверждениях употребляется понятие “тепло” идущее в разрез с общепризнанной моделью молекулярного строения веществ. Энергетическое состояние газообразного объекта определяется двумя параметрами температурой и давлением (плотностью энергии). Носителями этой энергии является совокупность молекул составляющих объект.

Восприятие внутренней энергии как самостоятельного объекта, а не как параметров частиц составляющих его, привело к созданию ошибочных теорий с “теплородом” и являющимся ему аналогом “теплом”. В свою очередь, “тепло”, как объект, требовало правило о возможных направлениях перемещения. Для тех, кто видит мир молекулярным, не требуется дополнительных пояснений о том, куда будет стремиться избыток кинетической энергии молекул в случаях неравномерного её распределения в пространстве.

Второе начало неприемлемо, т.к. декларирует невозможность полного превращения “тепла” в работу по причине обязательного наличия холодильника и неизбежных, в связи с этим потерь в нём. Но элементарные опыты отрицают необходимость в них на всех стадиях рабочего цикла. Полнота преобразования энергии топлива(химической, ядерной), в механическую энергию машин, не имеет объективных ограничений и зависит лишь от степени совершенства механизма преобразования..

Cамое парадоксальное противоречие второго начала состоит в том, что Карно, пытаясь обосновать невозможность полного превращения тепла в механическую энергию, представил свою знаменитую формулу η = ( Тн – То ) / Тн , прямо доказывающую обратное.

Для этого принимаем температуру нагревателя равной Тн = 8000К ( 5270С),

а температуру холодильника равной Т0 = 40К(температура жидкого гелия).

Тогда получим η = 0,995.

Охлаждая более доступным жидким азотом,

получим η = (800 – 77)/800 = 0,904.

Во втором случае кпд несколько дальше от 100%, но согласитесь, 90,4% стало бы сенсацией. Так что именно Карно является “отцом вечного двигателя второго рода”. Но обольщаться не стоит. Этого результата вы никогда не получите, потому что второе начало это клубок сплошных ошибок. Если быть откровенным, то мной, при том гораздо раньше, была разработана теория, термодинамического преобразователя 2го рода, с к.п.д. преобразования близким к 100%, на основании положений молекулярно кинетической теории газов и современной физики. Но это было незаконное дитя. В течении длительного периода времени я тщетно пытался доказать, что второе начало законно только для “паровозной технологии”, пока не обнаружил причину, которая меня шокировала …. Оказалось, что 2ое начало базируется, на ошибочных предположениях и утверждениях, что и было выше изложено. Даже анализ работы двигателя Карно заменил анализом движения поршня в цилиндре, под действием нагретого пара, а затем вернул его в исходное положение, путем охлаждения пара в цилиндре, что противоречит даже ему самому. Таких двигателей никогда не существовало. Р.т. не может охлаждаться из вне, в рабочем цикле.