Iluze generátorů volné energie: Proč „elektřina na elektřinu“ nemůže vytvářet dodatečnou energii

V posledních letech se koncept generátorů volné energie těšil velké popularitě. Je také znám jako „volná energie“, „perpetuum mobile“ nebo „nadefektivní generátor“. Mnoho prodejců jej propaguje jako zařízení schopné „vytvářet elektřinu pomocí elektřiny“, tedy používat elektrický motor k pohonu permanentně magnetického generátoru, často doplněného převodovým mechanismem uprostřed.

Existují však generátory volné energie skutečně? Podle základních fyzikálních zákonů je tzv. perpetuum mobile schopné dosáhnout čistého zisku energie jednoduše nemožné. Tento článek systematicky vysvětluje základní principy každému, aby jste pochopili, proč jsou takové výrobky z hlediska vědy nemožné.

Zákon zachování energie

Jedná se o jeden z nejzákladnějších a nejvšeobecnějších principů ve fyzice: v izolovaném systému nelze energii ani vytvořit, ani zničit; lze ji pouze přeměnit z jedné formy do jiné.

To znamená:

Každý proces přeměny energie vede ke ztrátě energie. Celkový výstup energie ze systému nemůže překročit celkový vstup energie. V ideálním případě může být výstupní energie rovná vstupní energii (tj. účinnost přeměny je 100 %). Ve skutečnosti však kvůli ztrátám energie je účinnost přeměny obvykle nižší než 100 %, takže výstupní energie je vždy nižší než energie vstupní.

Ztráty energie v komponentech generátoru volné energie

1. Elektrický motor

Účinnost přeměny elektrické energie na mechanickou energii se obvykle pohybuje mezi 70 % a 95 %. Mezi hlavní zdroje ztrát patří ztráty způsobené ohřevem odporu, ztráty v jádru, mechanické tření, odpor vzduchu atd. I nejúčinnější motor proto nemůže dosáhnout účinnosti přeměny 100 %.

2. Převodové soukolí

Při převodové převodovce je mechanické tření nevyhnutelné. Účinnost jednostupňové převodové převodovky se proto obecně pohybuje mezi 90 % a 98 %. Účinnost vícestupňových převodových systémů je ještě nižší a ztráty se sčítají.

3. Generátor s trvalými magnety

Účinnost přeměny mechanické energie na elektrickou energii v generátorech s trvalými magnetky se obvykle pohybuje mezi 80 % a 95 %. Mezi její ztráty patří například hysterezní ztráta, ztráta vířivými proudy, odporová ztráta, ztráta mechanickým třením atd.

4. Obvod a řídicí systém

Všechna výkonová polovodičová zařízení mají vlastní spotřebu energie. Kabely také vykazují odporové ztráty.

Převodová převodovka: trojúhelníkový vztah „rychlost – kroutící moment – výkon“

Jedná se o klíčový fyzikální princip, který dokazuje nemožnost „generátoru volné energie“:

1. Zákon zachování energie

- Při ustáleném přenosu, kdy jsou krátkodobé přechodné děje zanedbány, je mechanický výkon na vstupní straně převodovky přibližně rovný mechanickému výkonu na výstupní straně (po odečtení ztrát třením).

- Mechanický výkon (P) = Krouticí moment (T) × Úhlová rychlost (ω)

- Ozubená kola mohou změnit poměr mezi krouticím momentem a rychlostí, avšak nemohou zvýšit celkový výkon.

2. Náklady na zvýšení rychlosti převodovkou

Pokud převodovka zvyšuje rychlost o faktor N (převod se zvýšením rychlosti), bude krouticí moment na výstupní straně klesat přibližně na 1/N vstupního krouticího momentu. Naopak u elektrického motoru musí motor poskytnout N-násobný krouticí moment, aby překonal protimoment vyvolaný zrychlovacím generátorem.

- Krouticí moment elektrického motoru je úměrný proudu: T_motor = K×I (kde K je konstanta motoru).

- To znamená, že zvýšení otáček ozubených kol nutí proud elektrického motoru výrazně stoupat, čímž dochází ke kvadratickému nárůstu měděných ztrát (I²R) motoru a tím k výraznému snížení účinnosti.

3. Simulační analýza toku energie

Předpokládejme ideální systém, ve kterém dočasně zanedbáme všechny ztráty:

Generátor potřebuje 1000 otáček za minutu a točivý moment 10 newtonmetrů k výrobě elektřiny. Výkon je pak vypočten jako: P = T × ω = 10 N·m × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 W

Pokud je použito převodové ústrojí s převodovým poměrem 1:10 (generátor se otáčí 10×, zatímco motor 1×)

Potom požadovaná otáčková frekvence motoru: 100 otáček za minutu (ot/min), požadovaný točivý moment motoru: 100 newtonmetrů (N·m) (tj. 10× točivý moment generátoru!)

Běžný malý motor s točivým momentem nižším než 100 N·m bude proto závažně přetížen a jeho účinnost může klesnout z 90 % na méně než 50 %.

Výpočet celkové účinnosti generátorů volné energie

Za předpokladu použití nejúčinnějších součástí dostupných na trhu jsou přeměnné účinnosti následující:

- Vysokoučinný elektrický motor: 95 %

- Vysokoučinný převodový převod: 98 %

- Vysokoučinný generátor : 95 %

Celková účinnost = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

To znamená, že z každých 100 jednotek vstupní elektrické energie lze maximálně vytvořit pouze 88,5 jednotky výstupní elektrické energie, přičemž čistá ztráta činí 11,5 jednotky. U skutečných výrobků je účinnost jednotlivých součástí obvykle nižší a celková účinnost může klesnout až na 60–70 %. To implikuje, že z každých 100 jednotek vstupní energie lze vygenerovat pouze 60–70 jednotek výstupní energie, což znamená, že tzv. „systém generátoru volné energie“ neustále spotřebovává energii místo toho, aby ji generoval.

Časté zavádějící tvrzení

1. Trvalé magnety mohou poskytnout „volnou energii"

Ve skutečnosti magnetické pole trvalých magnetů neprovádí práci během procesu výroby elektrické energie. Je pouze prostředkem pro přeměnu energie. Magnetická energie se samočinně neobnovuje. Generátory při rotaci zažívají magnetický odpor a k překonání tohoto odporu je nutný neustálý příkon energie.

2. Převodovka může zvýšit energii

Převodovka skutečně může změnit točivý moment a otáčky, avšak nemůže zvýšit celkovou energii. Jak je uvedeno v třetí části, zvýšení otáček převodovky probíhá na úkor zdvojnásobení požadavku na točivý moment, což ve skutečnosti snižuje účinnost systému.

3. Jakmile je systém volné energie pro výrobu elektrické energie spuštěn, může fungovat nezávisle.

Ve skutečnosti jakékoli ztráty způsobí postupné zpomalení systému a nakonec jeho zastavení. V těchto demonstracích těchto společností může být zapojen i jiný externí zdroj energie, avšak není zobrazen ve zveřejněných záznamech a zákazníkům je skryt.

4. Manipulace s vstupními a výstupními měřenými hodnotami

Během měřicího procesu mohou tito obchodníci také používat měřicí přístroje různé přesnosti nebo neúplné měřicí systémy (například ignorování spotřeby energie řídicího systému), čímž záměrně zavádějí zákazníky.

Závěr

Stroj na věčný pohyb ignoruje tok energie a její ztráty a proto porušuje zákon zachování energie. Takové produkty obvykle nemají žádné zkušební protokoly a obchodníci také nejsou obeznámeni s technickými podrobnostmi těchto produktů.

Někteří obchodníci dokonce tvrdí, že mají u daného produktu udělený patent, aby zákazníkům zaručili jeho účinnost. Ve skutečnosti však patent zaručuje pouze novost produktu, nikoli jeho vědeckou platnost.

Proto nevěřte trikům stroje na trvalý pohyb. Při setkání s takovými výrobky se můžete prodejci zeptat, zda dokáže poskytnout kompletní zprávu o měření energie při dlouhodobém provozu výrobku v uzavřeném systému. Pokud ji nemůže poskytnout nebo se vyhýbá otázce, je to dostatečným indikátorem problému.

Jak zvýšit účinnost přeměny energie?

Ačkoli generátory volné energie nelze realizovat, stále existují některé proveditelné metody ke zlepšení účinnosti přeměny energie. Za prvé je vhodné používat součásti s nejvyšší účinností přeměny. Za druhé lze snížit počet nepotřebných kroků přeměny, čímž se minimalizují ztráty energie během procesu přeměny.