Ilusi Penjana Tenaga Bebas: Mengapa "Elektrik-ke-Elektrik" Tidak Dapat Menjanakan Tenaga Tambahan

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, konsep penjana tenaga percuma telah menjadi sangat popular. Ia juga dikenali sebagai "tenaga percuma", "mesin gerak abadi" atau "penjana super-cekap". Ramai penjual mempromosikannya sebagai peranti yang mampu "menjana elektrik menggunakan elektrik", iaitu dengan menggunakan motor elektrik untuk memutar penjana magnet kekal, dan biasanya dilengkapi dengan mekanisme gear di tengah-tengahnya.

Namun, adakah penjana tenaga percuma benar-benar wujud? Berdasarkan hukum asas fizik, mesin gerak abadi yang dikatakan itu tidak mungkin mencapai keuntungan bersih tenaga. Artikel ini menerangkan secara sistematik prinsip-prinsip asasnya kepada semua orang, membantu anda memahami mengapa produk sedemikian secara saintifik mustahil.

Hukum Pengekalan Tenaga

Ia merupakan salah satu prinsip paling asas dan universal dalam fizik: dalam suatu sistem terpencil, tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan; ia hanya boleh diubah daripada satu bentuk kepada bentuk lain.

Maksudnya:

Sebarang proses penukaran tenaga akan menghasilkan kehilangan tenaga. Jumlah tenaga keluaran sistem tidak boleh melebihi jumlah tenaga masukan. Dalam situasi ideal, tenaga keluaran boleh sama dengan tenaga masukan (iaitu kecekapan penukaran adalah 100%). Namun, dalam realiti, disebabkan oleh kehilangan tenaga, kecekapan penukaran biasanya kurang daripada 100%, maka tenaga keluaran sentiasa kurang daripada tenaga masukan.

Kehilangan Tenaga dalam Komponen Penjana Tenaga Bebas

1. Motor Elektrik

Kecekapan penukaran tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal biasanya berada di antara 70% hingga 95%. Kehilangan yang terhasil secara umumnya termasuk: pemanasan akibat rintangan, kehilangan teras, geseran mekanikal, rintangan angin, dan sebagainya. Oleh itu, walaupun motor yang paling cekap sekalipun tidak dapat mencapai kecekapan penukaran 100%.

2. Pemindahan Gear

Dalam penghantaran gear, geseran mekanikal adalah tidak dapat dielakkan. Oleh itu, kecekapan penghantaran gear satu peringkat secara umumnya berada antara 90% hingga 98%. Kecekapan sistem penghantaran gear pelbagai peringkat adalah lebih rendah lagi, dan kehilangan-kehilangan tersebut terkumpul.

3. Penjana Magnet Tetap

Kecekapan penukaran tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik dalam penjana magnet kekal biasanya berada antara 80% hingga 95%. Kehilangan-kehilangannya secara umumnya termasuk: kehilangan histerezis, kehilangan arus pusar, kehilangan rintangan, kehilangan geseran mekanikal, dan sebagainya.

4. Litar dan Sistem Kawalan

Semua peranti elektronik kuasa mempunyai penggunaan kuasa tersendiri. Kabel juga mengalami kehilangan akibat rintangan.

Penghantaran kotak gear: hubungan segitiga "Kelajuan – Tork – Kuasa"

Ini merupakan prinsip fizikal utama yang membuktikan ketidakmungkinan "penjana tenaga bebas":

1. Prinsip pemuliharaan kuasa

- Mengabaikan proses sementara ringkas, dalam pemindahan keadaan mantap, kuasa mekanikal di hujung input gearbos ≈ kuasa mekanikal di hujung output (setelah mengurangkan kehilangan geseran).

- Kuasa mekanikal (P) = Daya kilas (T) × Kelajuan (ω)

- Gear boleh mengubah nisbah daya kilas terhadap kelajuan, tetapi tidak dapat meningkatkan jumlah kuasa secara keseluruhan.

2. Kos Peningkatan Kelajuan Gearbos

Apabila gearbos meningkatkan kelajuan sebanyak faktor N (pemindahan peningkatan kelajuan), daya kilas di hujung output akan berkurang kepada kira-kira 1/N daripada daya kilas input. Sebaliknya, bagi motor elektrik, untuk memacu gearbos yang sedang memecut ini, motor mesti menyediakan daya kilas sebanyak N kali ganda untuk mengatasi daya kilas tindak balas yang dihasilkan oleh penjana pemecut tersebut.

- Daya kilas motor elektrik berkadar langsung dengan arus: T_motor = K×I (di mana K ialah pemalar motor).

- Dengan kata lain, peningkatan kelajuan putaran gear memaksa arus motor elektrik meningkat secara ketara, mengakibatkan peningkatan kuadratik dalam kehilangan tembaga (I²R) pada motor, seterusnya mengurangkan kecekapan secara ketara.

3. Analisis Simulasi Aliran Tenaga

Anggapkan suatu sistem ideal yang sementara mengabaikan semua kehilangan:

Penjana memerlukan 1000 pusingan per minit dan daya kilas sebanyak 10 newton-meter untuk menjana tenaga elektrik. Maka keperluan kuasa dikira sebagai: P = T × ω = 10 newton-meter × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 watt

Jika sebuah kotak gear penurunan nisbah 1:10 digunakan (penjana berputar 10 kali manakala motor berputar 1 kali)

Maka kelajuan motor yang diperlukan: 100 pusingan per minit (RPM), daya kilas motor yang diperlukan: 100 newton-meter (N·m) (10 kali ganda daya kilas penjana!)

Oleh itu, motor kecil biasa dengan daya kilas kurang daripada 100 newton-meter akan mengalami beban lebih teruk, dan kecekapan mungkin merosot daripada 90% kepada di bawah 50%.

Pengiraan Kecekapan Keseluruhan Penjana Tenaga Bebas

Dengan mengandaikan penggunaan komponen paling cekap yang tersedia di pasaran, kecekapan penukaran adalah seperti berikut:

- Motor elektrik berkecekapan tinggi: 95%

- Pemindahan gear berkecekapan tinggi: 98%

- Berkecekapan tinggi penjana : 95%

Jumlah kecekapan = 0.95 × 0.98 × 0.95 ≈ 88.5%

Ini bermakna bahawa bagi setiap 100 unit tenaga elektrik yang dimasukkan, hanya maksimum 88.5 unit tenaga elektrik sahaja yang boleh dikeluarkan, dengan kehilangan bersih sebanyak 11.5 unit. Dalam produk sebenar, kecekapan setiap komponen biasanya lebih rendah, dan jumlah kecekapan mungkin serendah 60%–70%. Ini menunjukkan bahawa bagi setiap 100 unit tenaga yang dimasukkan, hanya 60–70 unit keluaran sahaja yang dapat dihasilkan, menyebabkan sistem penjana tenaga bebas yang dikatakan itu secara berterusan menggunakan tenaga, bukannya menjana tenaga.

Pernyataan Menyesatkan yang Biasa

1. Magnet kekal boleh menyediakan "tenaga bebas"

Sebenarnya, medan magnet magnet kekal tidak melakukan kerja semasa proses penjanaan tenaga. Ia hanya berfungsi sebagai medium bagi penukaran tenaga. Tenaga magnetik tidak terhasil semula secara sendirinya. Penjana mengalami rintangan magnetik semasa berputar dan memerlukan input tenaga berterusan untuk mengatasi rintangan ini.

2. Gear boleh meningkatkan tenaga

Gear memang dapat mengubah tork dan kelajuan putaran, tetapi tidak dapat meningkatkan jumlah tenaga keseluruhan. Seperti yang dinyatakan dalam bahagian ketiga, peningkatan kelajuan putaran gear dilakukan dengan mengorbankan keperluan tork yang menjadi dua kali ganda, yang sebenarnya mengurangkan kecekapan sistem.

3. Setelah sistem penjanaan tenaga bebas diaktifkan, ia boleh beroperasi secara autonomi.

Sebenarnya, sebarang kehilangan akan menyebabkan sistem perlahan-lahan melambat dan akhirnya berhenti. Dalam demonstrasi oleh syarikat-syarikat ini, input tenaga luaran lain mungkin telah dimasukkan, tetapi input tersebut tidak ditunjukkan dalam rakaman video dan disembunyikan daripada pelanggan.

4. Memanipulasi nilai pengukuran input dan output

Semasa proses pengukuran, pedagang-pedagang ini juga boleh menggunakan alat pengukur dengan ketepatan yang berbeza-beza atau sistem pengukuran yang tidak lengkap (contohnya, mengabaikan penggunaan tenaga oleh sistem kawalan) untuk menyesatkan pelanggan.

Kesimpulan

Mesin gerak-maju abadi mengabaikan aliran dan kehilangan tenaga, dan dengan itu melanggar hukum pemuliharaan tenaga. Produk-produk sebegini umumnya tidak mempunyai laporan ujian, dan pedagang-pedagang tersebut juga tidak jelas tentang butiran teknikal produk tersebut.

Sesetengah pedagang malah mendakwa memiliki paten produk untuk meyakinkan pelanggan mengenai kecekapan produk tersebut. Namun, pada hakikatnya, paten hanya menjamin kelainan produk, bukan kesahihan ilmiahnya.

Oleh itu, jangan percaya pada tipu daya mesin gerak abadi. Apabila menemui produk sedemikian, anda boleh meminta penjual menyediakan laporan pengesanan tenaga yang lengkap mengenai operasi jangka panjang produk tersebut dalam sistem tertutup. Jika mereka tidak dapat menyediakannya atau bersikap mengelak, ini sudah cukup menunjukkan adanya masalah.

Bagaimanakah Cara Meningkatkan Kecekapan Penukaran Tenaga?

Walaupun penjana tenaga bebas tidak mungkin direalisasikan, terdapat beberapa kaedah yang boleh dilaksanakan untuk meningkatkan kecekapan penukaran tenaga. Pertama sekali, adalah digalakkan menggunakan komponen-komponen yang mempunyai kecekapan penukaran tertinggi. Selain itu, langkah-langkah penukaran yang tidak perlu boleh dikurangkan bagi meminimumkan kehilangan tenaga semasa proses penukaran.