Ілюзія генератараў вольнай энергіі: чаму «электрычна-ў электрычнае» не можа стварыць дадатковую энергію

У апошнія гады канцэпцыя генератараў свабоднай энергіі была вельмі папулярнай. Яе таксама называюць «свабоднай энергіяй», «вячным рухунам» ці «суперэфектыўным генератаром». Шмат продавцоў рэкламуюць яе як прыладу, здольную «вырабляць электрычнасць з дапамогай электрычнасці», г.зн. выкарыстоўваць электраматор для прываду генератара з пастаяннымі магнітамі, пры гэтым часта ўсталяўваючы пасярэдзіне зубчасты механізм.

Аднак ці існуюць на самой справе генератары свабоднай энергіі? Згодна з асноўнымі законамі фізікі, так званы вячны рухун проста не можа забяспечыць чысты прырост энергіі. У гэтай артыкуле сістэмна тлумачацца ляжачыя ў аснове прынцыпы для ўсіх жадаючых, што дазволіць зразумець, чаму такія вырабы навукова немагчымы.

Закон захавання энергіі

Гэта адзін з самых асноўных і ўніверсальных прынцыпаў у фізіцы: ў ізаляванай сістэме энергія не можа быць створана ці знішчана; яна можа толькі пераўтварацца з адной формы ў іншую.

Гэта азначае:

Любы працэс пераўтварэння энергіі прыводзіць да страты энергіі. Агульная выдатная энергія сістэмы не можа перавышаць агульную ўведзеную энергію. У ідэальным выпадку выдатная энергія можа быць роўнай уведзенай энергіі (г.зн. эфектыўнасць пераўтварэння складае 100%). Аднак на практыцы з-за страт энергіі эфектыўнасць пераўтварэння звычайна менш за 100%, таму выдатная энергія заўсёды менш за ўведзеную.

Страты энергіі ў кампанентах генератара «вольнай» энергіі

1. Электродвігун

Эфектыўнасць пераўтварэння электрычнай энергіі ў механічную звычайна знаходзіцца ў межах ад 70% да 95%. Да страт, якія ўзнікаюць, адносяцца: награванне з-за электрычнага опору, страты ў сердзечніку, механічнае траценнне, аэрадынамічны опор і г.д. Таму нават самы эфектыўны электродвігун не можа забяспечыць эфектыўнасць пераўтварэння на ўзроўні 100%.

2. Перадача з зубчастымі коламі

Пры перадачы ў касьцяўцы механічная тарчанне няўхільна. Таму ККД аднаступеньнай касьцяўкавай перадачы звычайна знаходзіцца ў межах ад 90% да 98%. ККД шматступеньнай касьцяўкавай перадачы яшчэ ніжэй, пры гэтым страты накопліваюцца.

3. Генератар з пастаяннымі магнітамі

ККД пераўтварэння механічнай энергіі ў электрычную ў генератарак з устойлівымі магнітамі звычайна складае ад 80% да 95%. Да яго страт адносяцца: гістэрэзісныя страты, страты ад віртальных токаў, страты на супраціўленне, страты ад механічнага тарчання і г.д.

4. Электрычная ланцуг і сістэма кіравання

Усе прылады моцнай электронікі маюць уласную спажываную магутнасць. Правады таксама маюць страты на супраціўленне.

Перадача праз каробку перадач: трохвугольная сувязь «хуткасць — круцяны момант — магутнасць»

Гэта ключавы фізічны прынцып, які даказвае немагчымасць «генератара вольнай энергіі»:

1. Прынцып захавання магутнасці

- Ігнаруючы кароткія пераходныя працэсы, у ўстойлівым рэжыме перадачы механічная магутнасць на ўваходным канцы каробкі перадач ≈ механічная магутнасць на выхадным канцы (пасля аднятка страт на трыціянне).

- Механічная магутнасць (P) = Момант сілы (T) × Вуглавая хуткасць (ω)

- Зубчатыя колы могуць змяніць суадносіны паміж момантам сілы і хуткасцю, але не могуць павялічыць агульную магутнасць.

2. Выдаткі на павелічэнне хуткасці каробкі перадач

Калі каробка перадач павялічвае хуткасць у N разоў (перадача з павелічэннем хуткасці), момант сілы на выхадным канцы зменшыцца прыкладна да 1/N ад уваходнага моманту сілы. Навпрост, для электраматора, каб паводзіць гэтую паскаральную каробку перадач, матор павінен забяспечыць у N разоў большы момант сілы, каб пераадолець контрмомант, які ствараецца паскаральным генератарам.

- Момант сілы электраматора прапарцыянальны току: T_motor = K×I (дзе K — пастаянная матора).

- Гэта азначае, што павелічэнне вуглавой хуткасці варачэння зубчастых колаў вымушвае значна павялічыць ток электраматора, што прыводзіць да квадратычнага павелічэння медных страт у маторы (I²R) і, такім чынам, да значнага зніжэння ККД.

3. Мадэляванне і аналіз энергетычнага патоку

Прыпустым, што ў нас ідэальны сістэма, у якой на момант ігнаруюцца ўсе страты:

Генератару патрэбна частата варачэння 1000 абаротаў у хвіліну і круцяны момант 10 ньютан-метраў для выработкі электрычнай энергіі. Тады патрэбная магутнасць вылічваецца па формуле: P = T × ω = 10 ньютан-метраў × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 ват.

Калі выкарыстоўваецца рэдуктар з перадачай 1:10 (генератар вярціцца ў 10 разоў больш, чым матор)

Тады патрэбная частата варачэння матора: 100 абаротаў у хвіліну (аб/хв), патрэбны круцяны момант матора: 100 ньютан-метраў (Н·м) (у 10 разоў больш, чым круцяны момант генератара!)

У выніку звычайны невялікі матор з круцяным момантам менш за 100 ньютан-метраў будзе моцна перагружаны, а ККД можа знізіцца з 90 % да менш чым 50 %.

Агульны разлік эфектыўнасці генератараў свабоднай энергіі

Пры ўжыванні самых эфектыўных кампанентаў, даступных на рынку, каэфіцыенты пераўтварэння складаюць наступнае:

- Высокаэфектыўны электраматор: 95%

- Высокаэфектыўная зубчатая перадача: 98%

- Высокаэфектыўны генератара : 95%

Агульная эфектыўнасць = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5%

Гэта азначае, што з кожных 100 адзінак уваходнай электрычнай энергіі можа быць атрымана максімум толькі 88,5 адзінак выхаднай электрычнай энергіі, пры гэтым чыстыя страты складаюць 11,5 адзінак. У рэальныя вырабы эфектыўнасць кожнага кампанента, як правіла, ніжэй, і агульная эфектыўнасць можа панізіцца да 60–70%. Гэта азначае, што з кожных 100 адзінак уваходнай энергіі можа быць атрымана ўсяго 60–70 адзінак выхаднай энергіі, у выніку чаго так званая «сістэма генератара свабоднай энергіі» пастаянна спажывае энергію, а не вырабляе яе.

Тыпавыя ўводзячыя ў заблуздзенне заявы

1. Пастаянныя магніты могуць забяспечваць «свабодную энергію»

На самой справе, магнітнае поле пастаянных магнітаў не выконвае працы ў працэсе выработкі энергіі. Яно з'яўляецца ўсяго толькі сродкам пераўтварэння энергіі. Магнітная энергія не аднаўляецца самастойна. Падчас увядзення ў рух генератары сустракаюць магнітны супраціў і патрабуюць непарыўнага ўводу энергіі для пераадолення гэтага супраціву.

2. Перадачы могуць павялічыць энергію

Перадачы сапраўды могуць змяніць варочальны момант і кутавую хуткасць, але яны не могуць павялічыць агульную колькасць энергіі. Як згадваецца ў трэцім раздзеле, павелічэнне кутавай хуткасці перадач адбываецца за кошт падваеннага павелічэння патрэбы ў варочальным моманце, што фактычна зніжае ККД сістэмы.

3. Пасля актывацыі сістэмы вытворчасці «бясплатнай» энергіі яна можа працаваць незалежна.

На самой справе любяе страта прывядзе да паўсёдзення павольнага спавальнення сістэмы і, у канчатковым выніку, да яе спынення. У гэтых дэманстрацыях, якія праводзяць гэтыя кампаніі, магуць выкарыстоўвацца іншыя вонкавыя крыніцы энергіі, але яны не паказваюцца на запісаных матэрыялах і схаваны ад кліентаў.

4. Кіраванне ўваходнымі і выхаднымі вымяральнымі значэннямі

Падчас працэсу вымярэння гэтыя прадаўцы таксама могуць выкарыстоўваць вымяральныя прылады рознай дакладнасці або няпоўныя вымяральныя сістэмы (напрыклад, ігнараваць спажыванне магутнасці сістэмай кіравання), каб уводзіць спажыўцоў ў зман.

Вывад

Вечны рухавік ігнаруе паток энергіі і яе страты, і таму парушае закон захавання энергіі. Такія тавары, як правіла, не маюць адпаведных адпаведных справаздач аб выпрабаваннях, а прадаўцы таксама не ведаюць тэхнічных падрабязнасцей пра тавары.

Некаторыя прадаўцы нават будуць сцвярджаць, што ў іх ёсць патэнты на тавары, каб упэўніць спажыўцоў у эфектыўнасці прадукцыі. Аднак на самой справе патэнт гарантуе толькі новізна тавару, а не яго навуковую абгрунтаванасць.

Таму не верце ў фокусы з машины вячнага руху. Пры сутыкненні з такімі таварамі можна папрасіць прадаўца прадставіць поўны звяда аб вымярэнні энергіі пры доўгатэрміновай эксплуатацыі тавару ў замкнутай сістэме. Калі ён не можа яго прадставіць або ўцякае ад адказу, гэта ўжо дастаткова, каб указаць на праблему.

Як павялічыць эфектыўнасць пераўтварэння энергіі?

Хоць генератары свабоднай энергіі немагчыма рэалізаваць, існуюць некаторыя магчымыя метады павышэння эфектыўнасці пераўтварэння энергіі. Па-першае, варта выкарыстоўваць кампаненты з найвышэйшай эфектыўнасцю пераўтварэння. Па-другое, можна зменшыць лішнія этапы пераўтварэння, каб мінімізаваць страты энергіі пры працэсе пераўтварэння.