Виктор Бродянский - Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии

• Название: Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии
• Автор: Виктор Бродянский
• Издательство: ФИЗМАТЛИТ
• Жанр: Физика
• Год: 2001
• ISBN: 5-9221-0202-8

В популярной форме рассказывается об истории вечного двигателя от первых попыток его создания до современных «изобретений». Раскрывается значение для энергетики двух фундаментальных законов — первого и второго начал термодинамики. Показана бесполезность попыток обойти эти законы независимо от сложности предлагаемых для этого устройств.

Для широкого круга читателей, интересующихся историей техники и ее современными проблемами.

---

Казалось бы, на этом история должна была закончиться — научная истина восторжествовала, а автор «тепловика» получил желанный документ. Однако прошло больше 20 лет и идея «тепловика» всплыла снова. В газете «Политика» появилась статья о Мордасевиче с интригующим названием «Безумец или гений?» [3.22].

Нам нет необходимости анализировать эту или другие иностранные работы, поскольку имеются в достаточном количестве аналогичные отечественные публикации на русском языке.

Остановимся в этой связи на работах проф. М.А. Мамонтова [3.16; 3.18]. Читателям приходится вникать в подобного рода теоретические построения — это почти всегда тяжелая работа. Тяжела она не из-за трудности постижения глубоких мыслей, а вследствие особой формы изложения.

Известен мудрый афоризм: «Кто ясно мыслит, тот ясно излагает». Не менее верно и обратное утверждение. Как правило, ошибочные теории излагаются очень путано, с применением массы ученых слов и новых терминов, новых понятий. Выбраться из получающегося в результате лабиринта не так просто. Это и естественно: при четком и последовательном изложении тех же положений их несостоятельность выявилась бы сама собой. Ложные антинаучные концепции могут жить только в условиях путаницы в мыслях и словах, это их «питательная среда».

Итак, познакомимся с теоретической базой ppm-2 — «обновленной» термодинамикой. Поступим так: сначала приведем соответствующие цитаты, расположив их по возможности в логической последовательности, а затем будем их распутывать и анализировать. Начнем с главы «Принципиальная возможность создания теплового двигателя с одним источником тепла» в [3.16].

Автор выбирает в качестве объекта, в котором происходят явления, «находящиеся в явном противоречии с некоторыми положениями классической термодинамики»[74], — пневматические инструменты, работающие на сжатом воздухе.

«Регулярно наблюдаемые явления конденсации паров воды в рабочей полости пневматических двигателей и отказы в работе этих двигателей вследствие замерзания выделившихся капель воды представляются бесспорным свидетельством реальности охлаждения рабочего тела пневматического двигателя до температуры значительно более низкой, чем температура атмосферного воздуха». И далее:

«Причины столь резкого расхождения приведенных положений классической термодинамики с бесспорными реальными фактами заключаются в классической концепции теплоты, положенной в основу классического анализа. Вопреки этому анализу подвод тепловой энергии в рабочую полость пневматического двигателя совершается посредством тепловой миграции при температуре подводимого рабочего вещества, близкой к температуре окружающей среды (атмосферы). В этих условиях с первых моментов этапа расширения рабочего объема создаются условия, при которых температура рабочего вещества становится ниже температуры окружающей среды. В результате чего:

изменение состояния тела начинается при температуре рабочего вещества, близкой к температуре окружающей среды;

работа совершается за счет охлаждения рабочего вещества ниже температуры окружающей среды;

передача тепла от рабочего тела теплоприемнику производится при отрицательной разности температур (тепло переходит от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой)».

Следующая цитата:

«Отмеченные выше явления переохлаждения рабочего тела, наиболее отчетливо наблюдающиеся в пневматических двигателях без подогрева воздуха, имеют принципиальное значение, так как открывают возможность подвода тепла к рабочему телу за счет тепловой энергии атмосферы.

Если обеспечить значительное увеличение внутренней поверхности рабочей полости (поверхности нагрева) и медленное движение поршня, то, используя возникшую разность температур между стенками рабочей полости и рабочим телом, можно процесс расширения из адиабатического превратить в процесс, близкий к изотермическому. Так как изотерма при расширении проходит существенно выше адиабаты, то указанное изменение процесса приведет к существенному увеличению полезной работы.

Таким образом, от пневматического двигателя можно будет получать работу не только за счет энергии воздуха в аккумуляторе, но также за счет использования дарового тепла атмосферы.

Если учесть, что классическая термодинамика в соответствии с ее концепциями категорически отрицает возможность прямого преобразования тепла окружающей среды в работу, то установление возможности такого преобразования в пневматических (газовых) двигателях имеет большое принципиальное значение».

Все изложенное в этих цитатах уже не просто «философия», а конкретные выводы из конкретных явлений. Эти выводы автор в дальнейшем кладет в основу проекта двигателя. Поэтому прежде чем продвигаться дальше, разберем их.

Рис. 5.6. Полосовые графики потоков энергии для адиабатных процессов сжатия (а) и расширения (б) газа

Вначале необходимо подтвердить тот несомненный, хорошо известный факт, что сжатый воздух, расширяясь в пневматических двигателях, охлаждается до температуры более низкой, чем температура окружающей среды. Удивительного в этом ничего нет, и странно, почему М.А. Мамонтов делает отсюда такие далеко идущие выводы. Действительно, хорошо известно, что воздух, как и любой другой газ, нагревается, если его сжимать в адиабатных[75] условиях. Этот факт наблюдает любой велосипедист или автомобилист, накачивающий шины своей машины. Затрачиваемая работа переходит во внутреннюю энергию газа, и его температура повышается. Точно так же при расширении газа с отдачей работы (как, например, в пневмоинструменте) сжатый воздух охлаждается. Отметим, что это охлаждение может быть довольно значительным. Если, например, давление воздуха 4 ат (0,4 МПа) и температура +20 °С (293 К), то при расширении до атмосферного давления он охладится примерно до — 75 °С (198 К), т.е. на 95 °С. В реальных условиях вследствие теплопритока охлаждение будет меньшим, но все же достаточно существенным. Все это происходит «по науке», и никто существование такого процесса не отрицает. Диаграммы потоков энергии для этих случаев показаны на рис. 5.6.

Двинемся дальше и расшифруем вторую, более длинную цитату. В ней речь идет о другом процессе расширения — уже не адиабатном, а изотермическом. Он отличается тем, что по ходу расширения к газу подводится теплота из окружающей среды, причем в таком количестве, чтобы не дать ему охладиться. В результате температура газа остается неизменной (отсюда и термин «изотермический»).

Разберем этот процесс в соответствии с классической термодинамикой, а потом сопоставим результаты с трактовкой проф. М.А. Мамонтова.

На рис. 5.7 показаны графики изменения температуры Т и давления р газа в процессе его расширения в цилиндре пневмоинструмента в зависимости от хода l поршня. Точка 1 соответствует начальному положению поршня, точки 2’ и 2” — конечным его положениям.

Рис. 5.7. Изменения температуры и давления газа (воздуха) при расширении с учетом теплопритока извне

При адиабатном расширении (вертикальная штриховка) температура газа падает, так же как и давление, по мере движения поршня вправо. В конечной точке 2' давление снижается до атмосферного рО.С.., а температура — до ТО.С. значительно более низкой, чем ТО.С.. Отведенная в виде работы энергия Lад соответствует вертикально заштрихованной площадке. По первому закону термодинамики она будет равна уменьшению внутренней энергии газа: Lад = ΔU1-2.

При изотермическом расширении (наклонная штриховка) температура газа только в первый момент снижается на очень малую величину ΔT — разность температур, необходимую для того, чтобы теплота из окружающей среды могла сообщаться газу. Дальше температура будет до самого конца расширения постоянной, равной Т = ТО.С. — ΔT. Давление газа будет падать медленнее, так как к газу постоянно подводится теплота. Поэтому поршень к моменту, когда р станет равным рО.С., пройдет большой путь и остановится только в точке 2''. Соответственно и работа LИЗ, проделанная газом, будет больше и ход поршня, и давление здесь, больше. Добавочная работа соответствует площадке, заштрихованной наклонно; суммарная работа равна количеству подведенной теплоты QО.С. (LИЗ = QО.С.)[76].

Теперь мы можем возвратиться к цитатам из М.А. Мамонтова.

Во втором и третьем пунктах, следующих за словами «В результате чего», все, что происходит в двигателе, почему-то понимается наоборот. Работа, как мы видели, совершается не «за счет охлаждения» (как в адиабатном процессе), а напротив, путем постоянного нагрева рабочего вещества. Ведь теплота QО.С., которая обеспечивает работу двигателя, все время подводится к рабочему телу, а не отводится от него. Поэтому второй пункт неверен. Третий пункт совсем непонятен. Передача теплоты идет не «от рабочего тела», а наоборот, к рабочему телу (газу). И не при «отрицательной» разности температур, а при положительной (ΔT = ТО.С. — T), и не «от тела с низкой температурой» (газа), а напротив, к нему из окружающей среды.