Принцип работы системы «ГД» основан на разности потенциалов действующих на концы плеча рычага, где далее мы ознакомимся в книге В.М Бродянский. «ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПРЕЖДЕ И ТЕПЕРЬ» и аналогичные примеры действующих моделей ррm.
В.М Бродянский.
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПРЕЖДЕ И ТЕПЕРЬ.
1. Работающие вечные двигатели (псевдо-ррт)
5.4. Работающие вечные двигатели (псевдо-ррт)
В этом разделе будут описаны некоторые действительно работающие (или могущие работать) двигатели, которые по всем внешним признакам соответствуют ррm. На самом деле, естественно, они никакого отношения к ррm не имеют. Отсюда и приставка «псевдо» — «не настоящие, поддельные».
Секрет работы некоторых из них теперь известен, однако есть и такие, которые можно принять (или выдать) за ррm, так как найти и объяснить причину их движения не всегда просто.
Эти двигатели появились давно. Они очень разнообразны им по устройству; чаще нечто их применяли для привода «вечных» часов, не нуждавшихся в заводе, движущихся игрушек, моделей машин и т. д.
Общая черта таких моделей ppm заключается в том, что они действительно работают неограниченно долго, казалось бы, без каких-либо видимых причин.
На людей, не знакомых с принципами их действия, они производят сильное впечатление. У некоторых сторонников «энергоинверсии» эти игрушки возбуждают даже надежды как «прототипы» ррm-2. Однако вполне научное объяснение всегда находится. Но есть и такие псевдо-ppm, секрет которых пока не открыт; сведения об одном из них мы приведем ниже.
Насколько известно, первым изобретателем, придумавшим и осуществившим двигатель, который работал, извлекая без помощи какого-либо постороннего источника нужную энергию из окружающей среды, был голландский инженер и физик Корнелиус Дреббель (1572-1633 гг.). Этот очень знаменитый в свое время человек, о котором теперь незаслуженно редко вспоминают, был, несомненно, выдающимся исследователем и изобретателем с необычайно широким кругозором, исключительным даже при сравнении с другими светилами конца XVI — начала XVII в. Биографы писали о нем, например, так: «Он был человеком высокого разума, остро мыслящий и переполненный идеями, касающимися великих изобретений... Он жил как философ...». Большая часть его работ была проделана в Англии, где он служил при дворе короля Иакова I.
Его книга на латинском языке с характерным для тех времен названием «Послание к просвещеннейшему (sapicntissimus) монарху Британии — Иакову — об изобретении вечного двигателя» была издана в 1621 г. в Гамбурге. Насколько далеко он смотрел вперед, можно видеть из краткого перечисления только некоторых его достижений.
Дреббель разработал первый известный в истории техники термостат — устройство, в котором автоматически поддерживалась заданная температура независимо от ее изменений снаружи. Он сам изготовил и наладил всю необходимую для этого, говоря по современному, «систему автоматическою регулирования». Идея этого термостата была использована в инкубаторе, часть изобретения которого тоже принадлежит Дреббелю.
Дреббель изобрел, сконструировал, построил и испытал па Темзе подводную лодку, которая успешно преодолела дистанцию от Вестмин-стера до Гринвича (около 12 км). Она представляла собой нечто вроде вытянутого в длину водолазного колокола. Приводилась лодка в движение гребцами (от 8 до 12), сидящими внутри на скамейках, установленных так, что ноги людей не доходили до уровня воды. Самое, пожалуй, интересное, что навигационные средства и особенно система жизнеобеспечения экипажа, которые тоже были созданы Дреббелем.
Направление определялось традиционным путем посредством компаса, но глубина погружения — поновому, посредством ртутного барометра.
Это был достаточно точный прибор, так как каждый метр глубины погружения соответствовал 76 мм высоты ртутного столба.
Для обеспечения дыхания экипажа изобретатель применил селитру, которая при нагревании выделяла кислород. Оценить талант (если не гениальность) Дреббеля можно, если учесть, что кислород был открыт шведским химиком К. Шееле в 1768-1773 гг., т. е. только через полвека. Дреббель, несомненно, был отличным химиком. Об этом свидетельствуют не только разработка им химической системы жизнеобеспечения, но и другие изобретения — детонаторы для мин из гремучей ртути Hg(ONC)2, технологии получения серной кислоты действием азотной кислоты на серу (это отметил Д.И. Менделеев в «Основах химии»), использования солей олова для закрепления цвета при окраске тканей кошенилью. Если ко всему перечисленному выше добавить, что Дреббель был специалистом по оптическим приборам, линзы для которых он шлифовал на изобретенном им самим стайке, то этого будет вполне достаточно, чтобы оценить его заслуги.
Дреббель занимался и вечным двигателем. Однако такой человек, как он, не мог пойти стандартным путем, очередной раз, изобретая колеса с грузами или водяные мельницы с насосами. Ему было совершенно ясно, что таким путем вечный двигатель не созд
В 1607 г. он продемонстрировал Иакову I «вечные» часы (запатентованные им еще в 1598 г.), приводимые в движение, естественно, столь же «вечным» двигателем. Однако в отличие от многочисленных других устройств с таким же названием, он действительно в определенном смысле был «вечным». После показа королю часы были выставлены во дворце Этлхем на обозрение всем желающим и вызвали сенсацию среди лондонцев.
В чем же был секрет этих часов (вернее, их двигателя)? Вечные часы Дреббеля работали от привода, использующего, как и любой другой реальный двигатель, возможный единственный источник работы — неравновесности (разности потенциалов) во внешней среде. Мы уже говорили о них — разностях давлений, температур, химических составов и других, заторможенных и незаторможенных, на которых основана вся энергетика.
Но неравновесности, которые использовал Дреббель, особого рода, отличные от тех, о которых говорилось в гл.З, хотя они и связаны тоже с разностями температур и давлений. Они могут действовать в совершенно равновесной окружающей среде, во всех точках которой совершенно одинаковые температура и давление. Н чем же тут дело и откуда тогда берется работа?
Секрет в том, что разность потенциалов (давлений и температур) здесь все же существуют, но они проявляются
не в пространстве, а во времени. Наиболее наглядно это можно пояснить на примере атмосферы. Пусть в том районе, где находится двигатель, в ней нет никаких существенных разностей давлений и температур1: все тихо и спокойно. Но общие (во всех точках) давление и температура все же меняются (например, днем и ночью). Эти-то разности и можно использовать для получения работы (в полном согласии с законами термодинамики). Энтропия здесь, естественно, как и при всяком выравнивании разности потенциалов, будет расти.
Простейший способ использования колебаний параметров равновесной окружающей среды — поместить в нее барометр или термометр с подвижными элементами и заставить их работать — делать что-нибудь полезное. Именно так и поступил Дреббель. В его часах находился жидкостной «термоскоп», в котором уровень жидкости поднимался или опускался при изменении температуры и давления. Соединить поплавок на поверхности жидкости с приводом часов было уже делом механики, которой изобретатель владел в совершенстве.
Дреббель объяснял работу своего двигателя действием «солнечного огня». Это было не только в духе времени, но и совершенно правильно с современных позиций. Действительно, все изменения температуры и давления атмосферы определяются, в конечном счете, солнечным излучением.
Чертеж атмосферного двигателя Дреббеля до нас не дошел. Однако его идея вечного привода повторялась в разных модификациях и многократно использовалась другими изобретателями. По описаниям их приборов можно в определенной степени судить о том, каким мог быть двигатель Дреббеля.
Около 1770 г. англичанин Кокс предложил барометрический двигатель. На рис.5.11 приведена его принципиальная схема. Сосуд, заполненный ртутью, привешен на тросах, соединенных с ободом колеса. Сосуд уравновешивался грузом, установленным на стержне, жестко связанном с колесом. В сосуд погружена барометрическая трубка, закрепленная в верхней части. При изменениях атмосферного давления высота столба ртути в трубке менялась; соответственно часть ртути либо выливались из трубки в сосуд (падение давления), либо вталкивалась в нее из сосуда (повышение давления).
Если, разумеется, пренебречь несущественными различиями, не имеющими практического значения.
В первом случае сосуд становился тяжелее и опускался вниз; во втором, напротив, поднимался. Это возвратно-поступательное движение заставляло колесо попеременно вращаться в противоположных направлениях. Посредством установленной на нем собачки храповому колесу сообщалось однонаправленное движение.
Эта машина была довольно крупной (в сосуде было около 200 кг ртути) и могла постоянно заводить большие часы. Вот какой отзыв дал о ней Фергюсон в 1774 г.: «Нет основания полагать, что они когда-нибудь остановятся, поскольку накапливающаяся в них двигательная сила могла бы обеспечивать их ход в течение целого года даже после полного устранения барометра1. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное ознакомление с этими часами, по своей идее и исполнению они представляют собой самый замечательный механизм, который мне когда-либо приходилось видеть...».
Точно так же, как колебания давления, могли использоваться для привода часов и колебания температуры. Очень простой, и остроумный двигатель такого рода создал швейцарский часовщик П. Дроз (ок. 1750 г.).
Он изготовил двухслойную пружину (рис. 5.12), внешняя часть которой была сделана из латуни, а внутренняя — из стали. Уже тогда было известно, что коэффициент теплового расширения латуни существенно больше чем стали.
Это означает, что мощность этого двигателя была намного больше той, которая требовалась для действия часов.
Рис. 5.11. Барометрический двигатель Кокса: 1 — подвесная чаша с ртутью; 2 — барометрическая трубка: 3 — подвеска; 4 — блок; 5 — собачка; б - храповое колесо; 7— уравновешивающий груз
Поэтому при повышении температуры пружина будет сгибаться (сплошная стрелка), а при понижении распрямляться (штриховая стрелка). С помощью системы рычагов это разнонаправленное движение преобразуется в однонаправленное вращение зубчатого колеса, поднимающего груз или заводящего пружину. Сейчас идея Дроза широко используется в самых разнообразных тепловых приборах.
В дальнейшем было создано довольно много таких барических или термических двигателей, конструктивно более совершенных, но повторяющих по существу идеи Кокса и Дроза.
Если скрыть весь механизм двигателя под кожухом, то доказать, что это не ррm, практически невозможно.
Нужно отметить, что такие и им подобные двигатели, основанные на использовании колебаний температуры и давления окружающей среды, весьма выгодны экономически вследствие своей простоты и практически неограниченного ресурса.
Иногда в литературе, в том числе и посвященной вечным двигателям, появляются оценки устройств такого рода, которые могут дезориентировать читателя.
Нельзя, например, признать правильными расчеты экономичности микродвигателя, которые приводятся в [2.6]. Автор рассуждает так: «...для суточного завода обычных ручных часов требуется работа примерно 0,4 Дж, что составляет около 5 • 10?? Дж на каждую секунду хода часов. А поскольку I кВт равен 1000 Дж/с, то мощность пружины нашего часового механизма составляет всего 5-10 кВт??. Нсли расходы па изготовление основных частей такого устройства, действующего по принципу теплового расширения, принять равными 0,01 кроны, то за машину мощностью 1 кВт нам пришлось бы заплатить 2 млн. крон (250 тыс. руб.)». Отсюда делается вывод: «Конечно же, создание и использование таких дорогих источников энергии в широком масштабе абсолютно нерентабельно»,
Конечно, так рассуждать нельзя. Расходы, особенно и малых технических системах, при сравнении их с большими нельзя считать пропорциональными их размерам. (Тогда, например, железнодорожный костыль будет дороже булавки в 10000 раз!).
Таким путем можно получить совершенно фантастические цифры. На самом деле суточные (и сезонные) колебания, например, температуры воздуха или воды могут успешно, с большим экономическим эффектом использоваться для решения локальных энергетических задач.
Кроме работы возможно получение и других полезных результатов. В общем случае возможный полезный эффект определяется максимальной работой (эксэргией), которую можно получить, приводя какое-либо тело в равновесие со средой дважды: сначала при одних ее крайних параметрах (р?о.с,t?о.с), а затем при других (р?о.с,? р?о.с,t?о.с ? t?о.с. Если, например, зимой при t?о.с запасти большое количество льда с температурой, скажем, –10 °С, то летом при t?о.с = 20 °С 1 кг льда (даже если учитывать только его теплоту плавления) будет обладать большой эксэргией. Точно так же нагретый летом до температуры окружающей среды фунт может служить (и уже используется) для теплоснабжения в зимнее время.
Использование таких энергетических резервов может дать существенный экономический эффект (и в малом, и в крупном масштабе).
Другая группа псевдо-ppm не связана с изменением параметров окружающей среды. Их действие происходит, на первый взгляд, без использования каких-либо разностей потенциалов.
Среди них особенно известны «самобеглый шарик» и «пьющая утка», которую иногда называют у нас в стране «утка Хоттабыча»1.
«Самобеглый шарик» устроен очень просто (рис. 5.13). На свинцовые кольцевые концентрические «рельсы» треугольного сечения кладется медный или бронзовый шар, диаметр которого в 2-3 раза больше размера колеи. Как только экспериментатор отпускает шар, поставленный на рельсы, он начинает без всякой видимой причины катиться по рельсам, описывая безостановочно один круг за другим. Если шар остановить, а затем отпустить, то он покатится снова. Этот опыт производит большое впечатление, так как, на первый взгляд, причина движения шарика совершенно непонятна. Однако объяснение здесь очень несложное. Шарик предварительно нагревают. Теплопроводность свинца сравнительно невелика. Поэтому шарик, соприкасаясь с рельсами, нагревает места контакта. Свинец, расширяясь, образует небольшие бугорки на рельсах, с которых шарик скатывается; дальше такие бугорки образуются
Почему эту игрушку назвали именем старика Хоттабыча — героя известной книги Н. Лагина — можно только догадываться. Скорее всего, потому, что Хоттабыч мог творить, всякие чудеса. Мы уже видели, что его имя даже связали с ррm-2 («структура Хоттабыча»).
непрерывно вслед за движением шарика и постоянно толкают его дальше. К тому моменту, когда он вернется к исходному месту, рельсы успевают остыть, и образование бугорков на них продолжается.
Так шарик будет кататься довольно долго, пока его температура и температура свинцовых колен рельсов практически выровняются.
Этот опыт очень наглядно иллюстрирует принцип Карно. Есть разность температур — есть движение; нет разности температур, движения нет
(а внутренней энергии и в шарике, и в плите с рельсами — хоть отбавляй, почти столько же, сколько было и перед началом движения; она только распределилась равномерно).
«Утка Хоттабыча», внешний вид и разрез, которой показан на рис. 5.14, не нуждается в предварительном нагреве, она и не останавливается так быстро, как шарик (а может и вообще не останавливаться). Она исправно качается вокруг горизонталь оси, каждый раз опуская клюв в воду, чтобы напиться, и снова поднимая голову вверх.
Эти движения все время повторяются без всякой видимой причины и продолжаются, пока в стаканчике есть вода. Никакой разности температур между этой водой и окружающим воздухом, которую можно было бы использовать для движения, тут нет: их температуры одинаковы. Причина движения утки становится ясной, если познакомиться с ее устройством. «Голова» утки представляет собой сосуд, соединенной прямой трубкой с «туловищем» другим большим сосудом, в который эта трубка входит так, что достает почти до его дна. Внутренняя полость заполнена легкокипящей жидкостью — диэтиловым эфиром (Н5С2-О-С2Н5) так, чтобы при горизонтальном положении ее уровень был примерно на середине трубки. Чтобы пустить утку в ход, нужно окунуть ее клюв в воду. Тогда вата, закрепленная на головке, увлажняется и вследствие испарения воды головка несколько охлаждается.
Это приводит к некоторому понижению давления пара внутри утки и понижению температуры эфира. В этом горизонтальном положении утки паровые пространства головки и туловища сообщаются через трубку и давление и них становится одинаковым. Поскольку количество
жидкости в туловище немного больше, оно перевешивает, головка поднимается и утка принимает наклонное положение, показанное на рисунке штриховыми линиями.
Жидкость перекрывает сообщение между паровыми пространствами головки и туловища.
Жидкость в туловище подогревается до температуры окружающей среды, частично испаряется и образовавшийся пар выталкивает большую часть жидкости через трубку в головку, которая перевешивает, и
утка снова опускает клюв в воду. Обе полости снова сообщаются, давление выравнивается, и жидкость опять стекает в туловище. Процесс повторяется и может продолжаться до тех пор, пока в стаканчике, откуда утка пьет, будет вода.
Многие сторонники «инверсии энергии» очень любят и рекламируют эту игрушку. Действительно, чем не прообраз ррm-2? Она действует, «извлекая тепло из окружающей среды», и «концентрирует» его, превращая в работу. Часто и объяснения, приводимые в популярной литературе, даже посвященной вечному двигателю, вносят путаницу, например, фразы такого типа: «Постоянные качания утки происходят только благодаря тому, что она отбирает тепло от окружающего воздуха». Дело, конечно, не только (и не столько) в этом. Никакое устройство, в том числе и утка (даже принадлежащая самому Хоттабычу), не могло бы «отбирать тепло» от окружающего воздуха без затраты на это какой-либо эксэргии, получаемой извне. Для этого нужно располагать разностью потенциалов между окружающей средой и находящимся в ней каким-либо телом.
Но откуда в данном случае берется эксэргия? И температура, и давление в окружающей среде — воздухе не имеют никаких перепадов, которыми можно было бы воспользоваться. Вода, которую «пьет» утка, тоже имеет ту же температуру, что и воздух.
Однако здесь существует все же один перепад, за счет которого утка и работает. Этот перепад связан с разницей давлений водяного пара над поверхностью воды и в воздухе. Так как воздух обычно не насыщен водяным паром (относительная влажность ? < 100 %), то на поверхности воды все время происходит ее испарение с соответствующим понижением температуры. В сосуде это не чувствуется — воды много, а поверхность испарения мала. Но вата на головке утки — другое дело: ее поверхность велика, а воды в ней немного. Поэтому она охлаждена всегда; ее температура ниже температуры окружающей среды. Эта разность температур и обеспечивает работу «утки Хоттабыча». Но она вторична и возникает как следствие разной упругости пара в окружающей среде (воздухе) и над поверхностью воды. Если накрыть утку колпаком, то воздух под ним быстро насытится влагой, испарение ее с головки прекратится и «извлечение тепла из окружающей среды» на этом закончится1.
Таким образом, «утка Хоттабыча» живет и движется в полном соответствии со вторым законом. В этом отношении она не отличается от обычной живой утки.
Теперь мы можем перейти к другой группе устройств, которые хоть, и не доведены до уровня действующих вечных двигателей, но могут, по мнению некоторых сторонников «энергоинверсии», стать основой для их проектирования. Такие устройства создают разность температур; очевидно, что, имея ее в своем распоряжении, сделать двигатель уже нетрудно — это дело техники. Именно поэтому мечта о том, чтобы создать без затраты работы разность температур, — одни из вариантов мечты о ррm-2.
Знаменитый английский физик К. Максвелл придумал
В труде проф. М.А.Мамонтова |3.18|, который мы уже разбирали в этой главе, есть несколько слом и об «утке Хоттабыча». Вот что в ней написано: «Факт регулярного действия системы Хоттабыча при отсутствии, каких либо других источником энергии, кроме тепла атмосферы, означает, что структура Хоттабыча обладает по сравнению с ординарной закрытой структурой особым свойством, позволяющим получать работу засчет природного тепла». Комментарии здесь, по-видимому, не нужны.
в 1879 г. для таких мечтателей специальную мистическую фигуру — так называемого «демона Максвелла». Этот демон должен был делать очень нехитрую, на первый взгляд, работу — разделять в газе молекулы с большими скоростями («горячие») и с малыми («холодные»), Известно, что в любом газе есть и те, и другие; общая температура газа определяется неким средним значением всех скоростей.
Демон должен находиться у перегородки, разделяющей сосуд с газом на две части, и сторожить небольшое отверстие в ней, открывая и закрывая его так, чтобы пропускать в одну сторону только «горячие» молекулы, а в другую только «холодные». Для других проход закрыт. Тогда через некоторое время работа демон повтаряя приведет к тому, что в одной половине сосуда будет горячий газ, а в другой — холодный. Цель достигнута! В гл.3 мы показали на основе статистики, что самопроизвольно такое разделение произойти не может. А здесь «демон», не затрачивая работу, получил разделение.
Демон Максвелла вызвал много споров. Всем серьезным термодинамикам было ясно, что такого демона быть не может; его «деятельность» явно нарушала бы второй закон термодинамики. Но строго научно прикончить этого демона оказалось не так просто. В конце концов это было сделано1. Оказалось, что «просто так» демон работать не может. Затраты на его деятельность не могут быть меньше той работы, которую способны дать обе порции газа при выравнивании разности температур между ними.
Однако мечта сделать что-то в этом роде у некоторых противников второго закона оставалась. И вот появилось устройство, которое оживило их надежды. Это была вихревая труба или труба Ранка (названная в честь ее изобретателя французского инженера Ж. Ранка).
Вот что пишет об этом устройстве один из пропагандистов «энергоинверсии» [3.10]: «Если способ отделения горячих компонентов воздуха от холодных (быстрых молекул от медленных) с помощью максвелловских демонов, открывающих в перегородке сосуда дверцы перед быстрыми молекулами, видимо, невозможен, то вот с помощью вихревой турбины... это осуществить удалось.
Она представляет собой мундштукоподобное устройство,
закручивающее в вихрь прокачиваемым сквозь него обычный
'Читателям, которые заинтересуются «демоном Максвелла», можно, рекомендовать познакомится с ним по литературе, например |1.22|.
Рис. 5.15. Вихревая труба: а -общий вид; б — сопловое сечение: / — поток сжатого газа; 2 — охлажденный поток; 3 — нагретый поток; 4 — труба; 5 — конус для регулировании давления газа в трубе; 6 — сопловой ввод; 7 -диафрагма холодного копна трубы
воздух так, что наружу выходят из него две струи — горячая и холодная. Перед этой простой, не имеющей движущихся частей турбиной большое будущее».
