Illusionen om gratis energigeneratorer: Hvorfor "elektrisk-til-elektrisk" ikke kan generere ekstra energi

I de senere år har begrebet frie energigeneratorer været meget populært. Det er også kendt som "fri energi", "evigt bevægende maskine" eller "super-effektiv generator". Mange sælgere fremhæver dem som værende i stand til at "generere elektricitet ved hjælp af elektricitet", det vil sige ved at bruge en elektrisk motor til at drive en permanentmagnetgenerator, og de er normalt udstyret med en tandhjulsmechanisme i midten.

Findes frie energigeneratorer dog virkelig? Ifølge de grundlæggende fysiklove kan den såkaldte evigt bevægende maskine simpelthen ikke opnå en nettogains i energi. I denne artikel forklares de underliggende principper systematisk for alle, så du kan forstå, hvorfor sådanne produkter er videnskabeligt umulige.

Energibevarelseloven

Det er et af de mest grundlæggende og universelle principper inden for fysikken: I et isoleret system kan energi hverken skabes eller ødelægges; den kan kun omdannes fra én form til en anden.

Det vil sige:

Ethvert energikonversionsprocess vil resultere i energitab. Den samlede energioutput fra systemet kan ikke overstige den samlede energiinput. I en ideel situation kan outputenergien være lig med inputenergien (dvs. konversionseffektiviteten er 100 %). I virkeligheden er konversionseffektiviteten dog normalt mindre end 100 % på grund af energitab, så outputenergien er altid mindre end inputenergien.

Energitab i komponenterne i en fri-energigenerator

1. Elektrisk Motor

Effektiviteten ved omdannelse af elektrisk energi til mekanisk energi ligger normalt mellem 70 % og 95 %. De genererede tab omfatter typisk: modstandsvarme, kerntab, mekanisk friktion, luftmodstand osv. Derfor kan endda den mest effektive motor ikke opnå en konversionseffektivitet på 100 %.

2. Geartransmission

Ved tandhjulsdrift er mekanisk friktion uundgåelig. Derfor ligger effektiviteten af en enkelttrins tandhjulsdrift generelt mellem 90 % og 98 %. Effektiviteten af flertrins tandhjulsdriftssystemer er endnu lavere, og tabene akkumuleres.

3. Permanentmagnetgenerator

Effektiviteten af omdannelsen af mekanisk energi til elektrisk energi i permanente magnetgeneratore ligger typisk mellem 80 % og 95 %. Dets tab omfatter generelt: hysteresetab, hvirvelstrømstab, modstandstab, mekanisk friktionstab osv.

4. Kredsløb og styresystem

Alle kraftelektroniske komponenter har deres egen effektforsygningsforbrug. Kabler har også modstandstab.

Gearkasses drift: «Hastighed – drejningsmoment – effekt»-trekantsforholdet

Dette er et centralt fysisk princip, der beviser umuligheden af «fri-energigeneratoren»:

1. Energibevarelseprincippet

- Når man ignorerer de korte, transiente processer, er den mekaniske effekt ved gearkassens indgang i en stationær transmission ca. lig med den mekaniske effekt ved gearkassens udgang (efter fratrækning af friktionsforbundne tab).

- Mekanisk effekt (P) = Drejningsmoment (T) × Omdrejningshastighed (ω)

- Tandhjul kan ændre forholdet mellem drejningsmoment og omdrejningshastighed, men de kan ikke øge den samlede effekt.

2. Omkostningerne ved gearkassens hastighedsøgning

Når gearkassen øger hastigheden med en faktor N (hastighedsøgende transmission), falder drejningsmomentet ved udgangsenden til ca. 1/N af indgangsdrejningsmomentet. Omvendt skal en elektrisk motor, for at kunne drive denne accelererende gearkasse, levere N gange så stort et drejningsmoment for at overvinde det mod-drejningsmoment, der genereres af den accelererende generator.

- Drejningsmomentet fra den elektriske motor er proportionalt med strømmen: T_motor = K×I (hvor K er motorens konstant).

- Det vil sige, at øget rotationshastighed for tandhjulene tvinger strømmen i den elektriske motor til at stige betydeligt, hvilket resulterer i en kvadratisk stigning i motorens kobber-tab (I²R) og dermed en betydelig reduktion af effektiviteten.

3. Simuleringsanalyse af energistrøm

Antag et ideelt system, hvor alle tab midlertidigt ignoreres:

Generatoren kræver 1000 omdrejninger pr. minut og 10 newtonmeter drejningsmoment for at generere elektricitet. Effektkravet beregnes således: P = T × ω = 10 newtonmeter × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 watt

Hvis et reduktionsgear med forholdet 1:10 anvendes (generatoren roterer 10 gange, mens motoren roterer 1 gang)

Bliver den krævede motors hastighed: 100 omdrejninger pr. minut (RPM), og det krævede motordrejningsmoment: 100 newtonmeter (N·m) (10 gange generatorens drejningsmoment!)

En almindelig lille motor med et drejningsmoment under 100 newtonmeter vil derfor blive alvorligt overbelastet, og effektiviteten kan falde fra 90 % til under 50 %.

Beregning af samlet effektivitet for fri energi-generatorer

Forudsat anvendelse af de mest effektive komponenter, der er tilgængelige på markedet, er omregningseffektiviteterne som følger:

- Højtydende elektrisk motor: 95 %

- Højtydende geartransmission: 98 %

- Højtydende generator : 95 %

Samlet effektivitet = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

Dette betyder, at for hver 100 enheder elektrisk energi, der tilføres, kan der maksimalt udvindes 88,5 enheder elektrisk energi, hvilket giver et netto-tab på 11,5 enheder. I faktiske produkter er effektiviteten af hver enkelt komponent normalt lavere, og den samlede effektivitet kan falde til så lavt som 60–70 %. Dette indebærer, at for hver 100 enheder energi, der tilføres, kan der kun genereres 60–70 enheder output, hvilket betyder, at det såkaldte «fri energi-generator-system» konstant forbruger energi i stedet for at generere den.

Almindelige misvisende udsagn

1. Permanentmagneter kan levere «fri energi»

Faktisk udfører magnetfeltet fra permanente magneter ikke noget arbejde under procesen til strømproduktion. Det fungerer blot som et medium for energiomdannelse. Magnetisk energi genoprettes ikke af sig selv. Generatorer oplever magnetisk modstand under rotation og kræver en kontinuerlig energitilførsel for at overvinde denne modstand.

2. Gear kan øge energien

Gear kan faktisk ændre drejningsmoment og rotationshastighed, men de kan ikke øge den samlede energi. Som nævnt i tredje afsnit sker en stigning i gearenes rotationshastighed på bekostning af en fordobling af drejningsmomentkravet, hvilket faktisk reducerer systemets effektivitet.

3. Når systemet til fri energi-strømproduktion først er aktiveret, kan det fungere uafhængigt.

Faktisk vil enhver tabssituation få systemet til gradvist at blive langsommere og til sidst standse helt. I disse virksomheders demonstrationer kan der være indbygget anden ekstern energitilførsel, men den vises ikke på optagelserne og holdes skjult for kunderne.

4. Manipulation af ind- og udgangsmåleværdier

Under måleprocessen kan disse forhandlere også bruge måleinstrumenter med varierende nøjagtighed eller ufuldstændige målesystemer (f.eks. ved at ignorere strømforbruget fra styresystemet), hvilket kan mislede kunderne.

Konklusion

Den evige bevægelsesmaskine ignorerer energistrømmen og -tabene og overtræder dermed energibevarelseloven. Sådanne produkter mangler generelt testrapporter, og forhandlerne har også ingen klarhed over produkternes tekniske detaljer.

Nogle forhandlere hævder endda, at de har produktpatenter for at sikre kunderne om produktets effektivitet. I virkeligheden kan et patent dog kun garantere produktets nyhed, ikke dets videnskabelige gyldighed.

Derfor skal du ikke tro på gimmicks fra evighedsmaskiner. Når du støder på sådanne produkter, kan du bede sælgeren om at fremlægge en komplet energimålingsrapport for produktets langvarige drift i et lukket system. Hvis de ikke kan fremlægge den eller undviger spørgsmålet, er det tilstrækkeligt til at indikere problemet.

Hvordan forbedres energikonverteringseffektiviteten?

Selvom gratisenergigeneratorer er umulige at realisere, findes der alligevel nogle anvendelige metoder til at forbedre energikonverteringseffektiviteten. For det første er det anbefalelsesværdigt at bruge komponenter med den højeste konverteringseffektivitet. Desuden kan unødvendige konverteringstrin reduceres for at minimere energitab under konverteringsprocessen.