وهم مولدات الطاقة الحرة: لماذا لا يمكن لمبدأ «التحويل من كهرباء إلى كهرباء» توليد طاقة إضافية

في السنوات الأخيرة، اكتسب مفهوم مولدات الطاقة المجانية شعبيةً كبيرةً. ويُشار إليه أيضًا بـ"الطاقة المجانية" أو "آلة الحركة الدائمة" أو "المولِّد فائق الكفاءة". ويروِّج له العديد من البائعين على أنه قادرٌ على "توليد الكهرباء باستخدام الكهرباء"، أي استخدام محرك كهربائي لتشغيل مولِّد مغناطيسي دائم، وغالبًا ما يُزوَّد هذا النظام بآلية تروس في المنتصف.

ومع ذلك، هل توجد بالفعل مولدات طاقة مجانية؟ وفقًا للقوانين الأساسية في الفيزياء، فإن ما يُسمى بـ"آلة الحركة الدائمة" لا يمكنها تحقيق ربحٍ صافٍ في الطاقة أصلًا. وتوضِّح هذه المقالة المبادئ الأساسية وراء هذه الظاهرة بشكل منهجي لجميع القرّاء، مما يساعدكم على فهم السبب الذي يجعل مثل هذه المنتجات مستحيلة علميًّا.

قانون حفظ الطاقة

وهو أحد أكثر المبادئ أساسيةً وشموليةً في علم الفيزياء: ففي أي نظام معزول، لا يمكن خلق الطاقة أو إفناؤها؛ بل يمكن فقط تحويلها من شكلٍ إلى آخر.

أي أن:

أي عملية تحويل للطاقة ستؤدي إلى فقدان جزء منها. ولا يمكن أن تتجاوز الطاقة الناتجة الإجمالية من النظام الطاقة المُدخلة إليه إجمالاً. وفي الوضع المثالي، يمكن أن تساوي الطاقة الخارجة الطاقة الداخلة (أي تكون كفاءة التحويل ١٠٠٪). ومع ذلك، وبسبب فقدان الطاقة في الواقع، فإن كفاءة التحويل تكون عادةً أقل من ١٠٠٪، وبالتالي تكون الطاقة الخارجة دائمًا أقل من الطاقة الداخلة.

فقدان الطاقة في مكونات مولِّد الطاقة الحرّة

1. المحرك الكهربائي

تتراوح كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية عادةً بين ٧٠٪ و٩٥٪. وتشمل الخسائر الناتجة عمومًا: التسخين الناجم عن المقاومة، والخسارة في القلب المغناطيسي، والاحتكاك الميكانيكي، ومقاومة الهواء، وغيرها. ولذلك، حتى أكثر المحركات كفاءةً لا يمكنها تحقيق كفاءة تحويل تبلغ ١٠٠٪.

٢. ناقل الحركة التروسـي

في ناقل الحركة المُسنَّن، يكون الاحتكاك الميكانيكي أمرًا لا مفر منه. ولذلك فإن كفاءة ناقل الحركة ذي المرحلة الواحدة تتراوح عمومًا بين ٩٠٪ و٩٨٪. أما كفاءة أنظمة ناقل الحركة المُسنَّن متعدد المراحل فهي أقل من ذلك، وتتزايد الفاقد تدريجيًّا.

٣. المولد المغناطيسي الدائم

كفاءة تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية في المولدات ذات الaim دائمة تتراوح عادةً بين ٨٠٪ و٩٥٪. وتشمل خسائره عمومًا: فقدان الهستيريزيس، وفقدان التيارات الدوامية، وفقدان المقاومة، وفقدان الاحتكاك الميكانيكي، إلخ.

٤. الدائرة ونظام التحكم

جميع أجهزة الإلكترونيات القدرة لها استهلاكها الخاص للطاقة. كما أن الكابلات تعاني أيضًا من خسائر مقاومية.

ناقل الحركة المُسنَّن: العلاقة المثلثية «السرعة – العزم – القدرة»

وهذا مبدأ فيزيائي أساسي يُثبت استحالة وجود «مولد الطاقة المجانية»:

١. مبدأ حفظ القدرة

- مع تجاهل العمليات العابرة القصيرة، وفي نقل الحالة المستقرة، تكون القدرة الميكانيكية عند الطرف المُدخل لعلبة التروس ≈ القدرة الميكانيكية عند الطرف المُخرج (بعد خصم خسائر الاحتكاك).

- القدرة الميكانيكية (P) = العزم (T) × السرعة (ω)

- يمكن للتروس تغيير نسبة العزم إلى السرعة، لكنها لا تستطيع زيادة القدرة الإجمالية.

٢. تكلفة زيادة سرعة علبة التروس

عندما تزيد علبة التروس السرعة بعامل مقداره N (نقل مُسرِّع)، ينخفض العزم عند الطرف المُخرج ليصبح تقريبًا ١/N من العزم المُدخل. وعلى العكس، بالنسبة لمotor كهربائي، يجب أن يوفِّر المحرك عزمًا يساوي N ضعف العزم المطلوب للتغلب على العزم المعاكس الناتج عن المولِّد المُسرِّع.

- يتناسب عزم المحرك الكهربائي تناسباً طردياً مع التيار: T_motor = K×I (حيث K هو ثابت المحرك).

- أي أن زيادة سرعة دوران التروس تُجبر تيار المحرك الكهربائي على الازدياد بشكلٍ كبير، ما يؤدي إلى ازدياد خسارة النحاس في المحرك (I²R) بشكل تربيعي، وبالتالي انخفاض الكفاءة بشكلٍ ملحوظ.

3. تحليل محاكاة تدفق الطاقة

افترض نظامًا مثاليًّا نتجاهله مؤقتًا جميع الخسائر فيه:

يحتاج المولِّد إلى ١٠٠٠ دورة في الدقيقة وعزم دوران مقداره ١٠ نيوتن·متر لتوليد الكهرباء. ثم تحسب متطلبات القدرة كما يلي: P = T × ω = ١٠ نيوتن·متر × (١٠٠٠ × ٢π‏/٦٠) ≈ ١٠٤٧ واط

إذا استُخدم علبة تروس ذات نسبة تخفيض ١:١٠ (أي أن المولِّد يدور ١٠ مرات بينما يدور المحرك مرة واحدة)

فإن سرعة المحرك المطلوبة تكون: ١٠٠ دورة في الدقيقة (RPM)، والعزم المطلوب من المحرك: ١٠٠ نيوتن·متر (N·m) (أي ١٠ أضعاف عزم المولِّد!)

وبالتالي فإن محركًا صغيرًا شائع الاستخدام ذا عزم دوران أقل من ١٠٠ نيوتن·متر سيتعرَّض لحملٍ زائدٍ شديد، وقد تنخفض كفاءته من ٩٠٪ إلى أقل من ٥٠٪.

حساب الكفاءة الإجمالية لمولدات الطاقة الحرة

وبافتراض استخدام أكثر المكونات كفاءةً المتاحة في السوق، تكون كفاءات التحويل كما يلي:

- محرك كهربائي عالي الكفاءة: ٩٥٪

- ناقل حركة تروس عالي الكفاءة: ٩٨٪

- عالي الكفاءة مولد : ٩٥٪

الكفاءة الإجمالية = ٠٫٩٥ × ٠٫٩٨ × ٠٫٩٥ ≈ ٨٨٫٥٪

وهذا يعني أنه من كل ١٠٠ وحدة من الطاقة الكهربائية المُدخلة، لا يمكن إخراج أكثر من ٨٨٫٥ وحدة من الطاقة الكهربائية، مع خسارة صافية قدرها ١١٫٥ وحدة. وفي المنتجات الفعلية، تكون كفاءة كل مكوّن عادةً أقل، وقد تنخفض الكفاءة الإجمالية إلى ما بين ٦٠٪ و٧٠٪. وهذا يوحي بأن «نظام مولد الطاقة الحرة» المذكور يُستهلك الطاقة باستمرار بدلًا من توليدها.

العبارات المضللة الشائعة

١. المغناطيسات الدائمة يمكن أن توفر «طاقة حرة»

في الواقع، لا تقوم الحقول المغناطيسية للمغناطيسات الدائمة بأداء شغلٍ أثناء عملية توليد الطاقة. فهي تُشكِّل وسيلةً فقط لتحويل الطاقة. ولا تتجدَّد الطاقة المغناطيسية ذاتيًّا. وتواجه المولدات مقاومةً مغناطيسيةً أثناء الدوران، ما يتطلَّب إدخال طاقةٍ مستمرٍ للتغلُّب على هذه المقاومة.

٢. التروس قادرة على زيادة الطاقة

قد تؤدي التروس بالفعل إلى تغيير العزم وسرعة الدوران، لكنها لا تستطيع زيادة مجموع الطاقة. وكما ورد في القسم الثالث، فإن الزيادة في سرعة دوران التروس تتم على حساب مضاعفة متطلبات العزم، مما يؤدي في الواقع إلى خفض كفاءة النظام.

٣. بمجرد تفعيل نظام توليد الطاقة من الطاقة الحرة، يمكنه التشغيل بشكلٍ مستقل.

في الواقع، فإن أي فقدان للطاقة سيؤدي إلى تباطؤ النظام تدريجيًّا ثم توقفه تمامًا. وفي هذه العروض التي تقدِّمها هذه الشركات، قد تكون هناك مدخلات طاقة خارجية أخرى مدمجة، لكنها غير ظاهرة في اللقطات المصوَّرة ومخفية عن العملاء.

٤. التلاعب بقيم القياسات المدخلة والمخرجة

وأثناء عملية القياس، قد يستخدم هؤلاء التجار أيضًا أجهزة قياس تتفاوت دقتها أو أنظمة قياس ناقصة (مثل تجاهل استهلاك نظام التحكم للطاقة) لغرض خداع العملاء.

الاستنتاج

آلة الحركة الدائمة تتجاهل تدفق الطاقة وفقدانها، وبالتالي فهي تنتهك قانون حفظ الطاقة. وعادةً ما تفتقر هذه المنتجات إلى تقارير الاختبار، كما أن التجار لا يملكون فهمًا واضحًا للتفاصيل التقنية المتعلقة بهذه المنتجات.

بل إن بعض التجار يدّعون حتى امتلاكهم براءات اختراع لهذه المنتجات لطمأنة العملاء بشأن كفاءتها. ومع ذلك، فإن براءة الاختراع تضمن فقط حداثة المنتج، وليس صحته العلمية.

لذلك، لا تصدق حيل آلة الحركة الدائمة. وعند مواجهة مثل هذه المنتجات، يمكنك طلب تقريرٍ كاملٍ عن كشف الطاقة أثناء تشغيل المنتج على المدى الطويل في نظام مغلق من البائع. وإذا عجز عن تزويده أو أبدى تهرّبًا، فهذا يكفي للدلالة على وجود مشكلة.

كيفية تحسين كفاءة تحويل الطاقة؟

ورغم استحالة تحقيق مولّدات الطاقة المجانية، فإن هناك بعض الطرق الممكنة لتحسين كفاءة تحويل الطاقة. أولًا، يُوصى باستخدام المكونات ذات أعلى كفاءة تحويل. ثانيًا، يمكن تقليل الخطوات غير الضرورية في عملية التحويل لتقليل الفقدان الناتج عن الطاقة أثناء هذه العملية.