Illusjonen om frienergigeneratorer: Hvorfor «elektrisk-til-elektrisk» ikke kan generere ekstra energi

I de siste årene har konseptet med frie energigeneratorer vært svært populært. Det er også kjent som «fri energi», «evig bevegelsesmaskin» eller «super-effektiv generator». Mange selgere fremmer det som en løsning som «genererer elektrisitet ved hjelp av elektrisitet», det vil si at en elektrisk motor driver en permanentmagnetgenerator, og som vanligvis er utstyrt med et tannhjulsystem i mellom.

Finnes frie energigeneratorer virkelig? Ifølge de grunnleggende fysikklagene kan den såkalte evige bevegelsesmaskinen ikke oppnå en nettogevinst i energi. I denne artikkelen forklares systematisk de underliggende prinsippene for alle, slik at du forstår hvorfor slike produkter er vitenskapelig umulige.

Energibevaringsloven

Det er ett av de mest grunnleggende og universelle prinsippene i fysikken: I et isolert system kan ikke energi skapes eller ødelegges; den kan bare omformes fra én form til en annen.

Det vil si:

Ethvert energiomdannelsesprosess vil føre til energitap. Den totale energiutgangen fra systemet kan ikke overstige den totale energiinngangen. I en ideell situasjon kan utgangsenergien være lik inngangsenergien (dvs. omformingsvirkningsgraden er 100 %). I virkeligheten er imidlertid omformingsvirkningsgraden vanligvis lavere enn 100 % på grunn av energitap, så utgangsenergien er alltid lavere enn inngangsenergien.

Energitap i komponentene i en fri-energigenerator

1. Elektrisk motor

Virkningsgraden ved omforming av elektrisk energi til mekanisk energi ligger vanligvis mellom 70 % og 95 %. De oppstående tap inkluderer vanligvis: motstandsoppvarming, kjerntap, mekanisk friksjon, luftmotstand osv. Selv den mest effektive motoren kan derfor ikke oppnå en omformingsvirkningsgrad på 100 %.

2. Tannhjuloverføring

Ved girtransmisjon er mekanisk friksjon unngåelig. Derfor ligger virkningsgraden til en enkelttrinns girtransmisjon vanligvis mellom 90 % og 98 %. Virkningsgraden til flertrinns girtransmisjonssystemer er enda lavere, og tapene akkumuleres.

3. Permanentmagnetgenerator

Virkningsgraden ved omforming av mekanisk energi til elektrisk energi i permanente magnetgeneratører ligger typisk mellom 80 % og 95 %. Tapene inkluderer vanligvis: hysteresetap, virvelstrømtap, motstandstap og mekanisk friksjonstap osv.

4. Krets- og styresystem

Alle kraftelektroniske komponenter har sin egen effektförbrukning. Kabler har også motstandstap.

Gearboks-transmisjon: «Hastighet – dreiemoment – effekt»-triangulære forhold

Dette er et grunnleggende fysisk prinsipp som demonstrerer umuligheten av «fri-energigeneratoren»:

1. Energibevarelseprinsippet

- Ved å se bort fra korte, transiente prosesser er den mekaniske effekten ved inngangen til girboksen ≈ den mekaniske effekten ved utgangen (etter fratrekk av friksjonsforlis).

- Mekanisk effekt (P) = Dreiemoment (T) × Vinkelhastighet (ω)

- Gir kan endre forholdet mellom dreiemoment og hastighet, men de kan ikke øke den totale effekten.

2. Kostnaden ved økning av girhastighet

Når girboksen øker hastigheten med en faktor N (hastighetsøkende overføring), vil dreiemomentet ved utgangsenden reduseres til omtrent 1/N av inngangsdreiemomentet. Omvendt må, for en elektrisk motor, motoren levere N ganger så stort dreiemoment for å overvinne motdreiemomentet som genereres av den akselererende generatoren.

- Dreiemomentet til den elektriske motoren er proporsjonalt med strømmen: T_motor = K×I (der K er motorkonstanten).

- Det vil si at økningen i rotasjonshastigheten til girvene tvinger strømmen til den elektriske motoren til å øke betydelig, noe som fører til en kvadratisk økning i kobber-tapet (I²R) i motoren og dermed en betydelig reduksjon i virkningsgraden.

3. Simuleringsanalyse av energistrøm

Anta et ideelt system som for øyeblikket ser bort fra alle tap:

Generatoren trenger 1000 omdreininger per minutt og 10 newtonmeter dreiemoment for å generere elektrisitet. Effektkravet beregnes da som: P = T × ω = 10 newtonmeter × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 watt

Hvis en reduksjonsgeometri med forholdet 1:10 brukes (generatoren roterer 10 ganger mens motoren roterer én gang)

Blir den nødvendige motorens hastighet: 100 omdreininger per minutt (RPM), og det nødvendige motordreiemomentet: 100 newtonmeter (N·m) (10 ganger generatorens dreiemoment!)

En vanlig liten motor med et dreiemoment lavere enn 100 newtonmeter vil da bli sterkt overlastet, og virkningsgraden kan falle fra 90 % til under 50 %.

Beregning av total virkningsgrad for frienergigeneratorer

Forutsatt bruk av de mest effektive komponentene som er tilgjengelige på markedet, er omformingsvirkningsgradene som følger:

- Høyeffektiv elektrisk motor: 95 %

- Høyeffektiv girtransmisjon: 98 %

- Høyeffektiv generator : 95 %

Total virkningsgrad = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

Dette betyr at for hver 100 enheter elektrisk energi som tilføres, kan maksimalt bare 88,5 enheter elektrisk energi avges, med et netto tap på 11,5 enheter. I faktiske produkter er vanligvis virkningsgraden for hver komponent lavere, og den totale virkningsgraden kan falle så langt ned som 60–70 %. Dette innebär at for hver 100 enheter inngående energi genereres bare 60–70 enheter utgangsenergi, noe som betyr at det såkalte «frienergisystemet» konstant forbruker energi i stedet for å produsere den.

Vanlige misvisende uttalelser

1. Permanentmagneter kan levere «fri energi»

Faktisk utfører magnetfeltet fra permanente magneter ikke noe arbeid under kraftgenereringsprosessen. Det er bare et medium for energiomforming. Magnetisk energi regenererer ikke seg selv. Generatorer møter magnetisk motstand under rotasjon og krever kontinuerlig energitilførsel for å overvinne denne motstanden.

2. Gir kan øke energi

Gir kan faktisk endre dreiemoment og rotasjonshastighet, men de kan ikke øke den totale energien. Som nevnt i tredje avsnitt, går en økning i girrotasjonshastigheten på bekostning av en fordobling av dreiemomentskravet, noe som faktisk reduserer systemets virkningsgrad.

3. Når systemet for fri energi-kraftgenerering først er aktivert, kan det drive uavhengig.

Faktisk vil enhver tap føre til at systemet gradvis blir langsommere og til slutt stanser. I disse demonstrasjonene fra selskapene kan det være inkludert andre eksterne energikilder, men disse vises ikke på filmen og holdes skjult for kundene.

4. Manipulering av inngangs- og utgangsmåleverdier

Under måleprosessen kan disse forhandlerne også bruke måleinstrumenter med varierende nøyaktighet eller ufullstendige målesystemer (for eksempel ved å se bort fra strømforbruket til kontrollsystemet) for å mislede kunder.

Konklusjon

Den evige bevegelsesmaskinen ignorerer energistrøm og -tap og bryter dermed loven om energibevarelse. Slike produkter mangler vanligvis testrapporter, og forhandlerne er dessuten usikre på produktenes tekniske detaljer.

Noen forhandlere hevder til og med at de har varepatenter for å sikre kundene produktets effektivitet. I praksis garanterer imidlertid et patent bare produktets nyhet, ikke dets vitenskapelige gyldighet.

Derfor bør du ikke tro på knepene med evig bevegelsesmaskiner. Når du støter på slike produkter, kan du be selgeren om å levere en fullstendig energideteksjonsrapport for produktets langsiktige drift i et lukket system. Hvis de ikke kan levere den eller unngår spørsmålet, er det tilstrekkelig indikasjon på et problem.

Hvordan forbedre energikonverteringseffektiviteten?

Selv om fri-energigeneratorer er umulige å realisere, finnes det fortsatt noen gjennomførbare metoder for å forbedre energikonverteringseffektiviteten. For det første er det rådgjevelig å bruke komponenter med høyest konverteringseffektivitet. I tillegg kan unødvendige konverteringstrinn reduseres for å minimere energitap under konverteringsprosessen.