Еркін энергия генераторларының иллюзиясы: Неге «электрден-электрге» өткізу арқылы қосымша энергия алса болмайды

Соңғы жылдары тегін энергия генераторларының ұғымы өте кең таралған. Оны «тегін энергия», «өзіндік қозғалыс машинасы» немесе «супер-тиімді генератор» деп те атайды. Көптеген сатушылар оны «электр қуатын пайдаланып электр қуатын өндіруге» қабілетті деп жарнамалайды, яғни тұрақты магнитті генераторды электр қозғалтқышымен басқару және әдетте ортасында тісті беріліс механизмімен жабдықтау.

Дегенмен, тегін энергия генераторлары шынымен бар ма? Физиканың негізгі заңдарына сүйенсек, аталған өзіндік қозғалыс машинасы таза энергия ұтысын қамтамасыз ете алмайды. Бұл мақала барлық адамдар үшін осы принциптерді жүйелі түрде түсіндіреді және сіздерге осындай өнімдердің ғылыми тұрғыдан мүмкін еместігін түсіндіруге көмектеседі.

Энергияның сақталу заңы

Бұл физикадағы ең негізгі және универсалды принциптердің бірі: изоляцияланған жүйеде энергия жойылмайды және пайда болмайды; ол тек бір түрден екінші түрге айналады.

Яғни:

Кез келген энергия түрлендіру процесі энергия жоғалтуына әкеледі. Жүйенің жалпы шығыс энергиясы жалпы кіріс энергиясынан аспайды. Идеалды жағдайда шығыс энергиясы кіріс энергиясына тең болуы мүмкін (яғни түрлендіру пайдалы әсер коэффициенті 100% құрайды). Алайда, шындықта энергия жоғалтуы салдарынан түрлендіру пайдалы әсер коэффициенті әдетте 100%-дан төмен болады, сондықтан шығыс энергиясы әрқашан кіріс энергиясынан аз болады.

Еркін энергия генераторының компоненттеріндегі энергия жоғалтулары

1. Электр қозғалтқыш

Электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіру пайдалы әсер коэффициенті әдетте 70% пен 95% арасында болады. Пайда болатын жоғалтуларға негізінен: кедергілік жылулану, өзек жоғалтуы, механикалық үйкеліс, жел кедергісі және т.б. жатады. Сондықтан ең тиімді қозғалтқыш та 100% түрлендіру пайдалы әсер коэффициентін қамтамасыз ете алмайды.

2. Тісті беріліс

Тісті беріліс жұмыс істеген кезде механикалық үйкеліс болуы міндетті. Сондықтан бір сатылы тісті берілістің ПӘК-і әдетте 90% пен 98% арасында болады. Көпсатылы тісті беріліс жүйелерінің ПӘК-і одан да төмен, ал шығындар жинақталады.

3. Тұрақты магнитті генератор

Механикалық энергияны электрлік энергияға айналдыру ПӘК-і тұрақты магнитті генераторларда қолданылады әдетте 80%–95% арасында болады. Оның шығындарына әдетте: гистерезис шығыны, айналмалы ток шығыны, кедергі шығыны, механикалық үйкеліс шығыны және т.б. жатады.

4. Тізбек пен басқару жүйесі

Барлық күштік электрондық құрылғылардың өздеріне тән қуат тұтынуы бар. Сымдар да кедергі шығындарын тудырады.

Беріліс қорабының берілісі: «Жылдамдық – Момент – Қуат» үшбұрыштық қатынасы

Бұл «еркін энергия генераторы» мүмкін емес екендігін дәлелдейтін негізгі физикалық принцип:

1. Қуаттың сақталу принципі

- Қысқа мерзімді өтпелі процестерді ескермей, тұрақты күйдегі берілісте беріліс қорабының кірісіндегі механикалық қуат ≈ шығысындағы механикалық қуатқа тең (үйкеліс жоғалтуларын азайтқаннан кейін).

- Механикалық қуат (P) = Момент (T) × Жылдамдық (ω)

- Тісті берілістер момент пен жылдамдық қатынасын өзгерте алады, бірақ жалпы қуатты арттыра алмайды.

2. Беріліс қорабының жылдамдығын арттырудың құны

Беріліс қорабы жылдамдықты N есе арттырғанда (жылдамдығын арттыратын беріліс), шығыстағы момент кірістегі моменттің шамамен 1/N бөлігіне дейін азаяды. Керісінше, электр қозғалтқыш үшін осы жылдамдығын арттыратын берілісті іске қосу үшін қозғалтқыштың жылдамдығын арттыратын генератордың туғызған қарама-қарсы моментін жеңу үшін N есе көп момент қамтамасыз етуі керек.

- Электр қозғалтқышының моменті токқа тура пропорционал: T_қозғалтқыш = K×I (мұндағы K — қозғалтқыш тұрақтысы).

- Яғни, тісті берілістің айналу жиілігінің артуы электр қозғалтқышының тогын әлдеқайда көтереді, нәтижесінде қозғалтқыштың мыс жоғалтуы (I²R) квадраттық түрде артады, сондықтан пайдалы әсер коэффициенті әлдеқайда төмендейді.

3. Энергия ағысын модельдеу бойынша талдау

Барлық жоғалтуларды уақытша ескермейтін идеалды жүйені қарастырайық:

Генератордың электр энергиясын өндіру үшін 1000 айналым/минут және 10 ньютон-метр момент қажет. Содан кейін қуат талабы мына формула бойынша есептеледі: P = T × ω = 10 ньютон-метр × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 ватт

Егер 1:10 төмендететін тісті беріліс қолданылса (генератор 10 рет айналғанда қозғалтқыш 1 рет айналады)

Сонда қажетті қозғалтқыш жылдамдығы: 100 айналым/минут (RPM), қажетті қозғалтқыш моменті: 100 ньютон-метр (N·м) (генератор моментінің 10 есе артығы!)

Содан кейін 100 ньютон-метртен төмен моменті бар кеңінен таралған шағын қозғалтқыш әлдеқайда асырылып жүктеле ді, ал пайдалы әсер коэффициенті 90%-дан 50%-дан төменге дейін түсуі мүмкін.

Еркін энергия генераторларының жалпы пайдалы әсер коэффициентін есептеу

Нарықта қолжетімді ең тиімді компоненттерді қолдану деп ұйғарсақ, төмендегідей түрлендіру пайдалы әсер коэффициенттері болады:

- Жоғары тиімділікті электр қозғалтқыш: 95%

- Жоғары тиімділікті тісті беріліс: 98%

- Жоғары тиімділікті генератор : 95%

Жалпы пайдалы әсер коэффициенті = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5%

Бұл әрбір 100 бірлік электрлік энергия кірісі үшін ең көп дегенде 88,5 бірлік электрлік энергия шығысын ғана алуға болатынын, яғни 11,5 бірлік таза шығын болатынын білдіреді. Нақты өнімдерде әрбір компоненттің пайдалы әсер коэффициенті әдетте төменірек болады, сондықтан жалпы пайдалы әсер коэффициенті 60–70% дейін төмендей алады. Бұл әрбір 100 бірлік энергия кірісі үшін тек 60–70 бірлік шығыс алуға болатынын, яғни «еркін энергия генераторы» жүйесінің энергия өндірмей, керісінше, үнемі энергия тұтынатынын білдіреді.

Кеңінен таралған қате түсіндірмелер

1. Тұрақты магниттер «еркін энергия» береді

Шындығында, тұрақты магниттердің магнит өрісі электр энергиясын өндіру процесінде жұмыс істемейді. Ол тек энергияның түрленуі үшін орта ғана болып табылады. Магниттік энергия өзінше қайта жаңармайды. Генераторлар айналған кезде магниттік кедергіге ұшырайды және осы кедергіні жеңу үшін үздіксіз энергия кірісі қажет.

2. Тісті берілістер энергияны көбейте алады

Тісті берілістер шынында да айналу моменті мен айналу жылдамдығын өзгерте алады, бірақ жалпы энергияны көбейте алмайды. Үшінші бөлімде айтылғандай, тісті берілістердің айналу жылдамдығының артуы айналу моментінің талап етілуін екі есе арттыруға әкеледі, бұл шынында да жүйенің пайдалы әсер коэффициентін төмендетеді.

3. Бесплатты энергия өндіру жүйесін іске қосқаннан кейін ол өзінше жұмыс істей алады.

Шындығында, кез келген шығын жүйені біртіндеп баяулатып, соңында тоқтатады. Бұл компаниялардың көрсетілімдерінде басқа сыртқы энергия кірістері қолданылуы мүмкін, бірақ олар бейнелерде көрсетілмеген және тұтынушылардан жасырылған.

4. Кіріс және шығыс өлшеу мәндерімен жұмыс істеу

Өлшеу процесі кезінде бұл саудагерлер әртүрлі дәлдіктегі өлшеу құралдарын немесе толық емес өлшеу жүйелерін (мысалы, басқару жүйесінің қуаттылығын ескермеу) қолданып, тұтынушыларды алдауы мүмкін.

Қорытынды

Тұрақты қозғалыс машинасы энергия ағысы мен жоғалтуларды ескермейді және сондықтан энергияның сақталу заңын бұзады. Мұндай өнімдердің әдетте сынақ есептері болмайды, сонымен қатар саудагерлер өнімнің техникалық ерекшеліктері туралы да нақты түсінікке ие емес.

Кейбір саудагерлер өнімнің тиімділігіне кепілдік беру үшін олардың өнімге патенті бар екендігін тұтынушыларға әділетсіз түрде ұсынады. Алайда, шындығында патент тек өнімнің жаңалығын кепілдейді, оның ғылыми дұрыстығын емес.

Сондықтан, әрқашан да жұмыс істейтін қозғалтқыштың (перпетуум-мобиле) құйыршықтарына сенбеңіз. Мұндай өнімдерге кезігіп қалған кезде сатушыдан өнімнің тұйық жүйедегі ұзақ мерзімді жұмысы бойынша толық энергиялық зерттеу есебін сұраңыз. Егер ол оны ұсына алмаса немесе қашықтауға тырысса, бұл мәселенің бар екендігін көрсетуге жеткілікті.

Энергиялық айналдыру пайдалы әсер коэффициентін қалай жақсартуға болады?

Бірақ тегін энергия генераторларын іске асыру мүмкін емес, энергиялық айналдырудың пайдалы әсер коэффициентін арттыруға болатын кейбір іске асырылуға болатын әдістер бар. Біріншіден, ең жоғары айналдыру пайдалы әсер коэффициентіне ие компоненттерді қолдану тиімді. Сонымен қатар, айналдыру процесі кезінде энергия шығынын азайту үшін артық айналдыру қадамдарын азайтуға болады.