Iluzja generatorów energii wolnej: Dlaczego urządzenie „elektryczne-do-elektrycznego” nie może generować dodatkowej energii

W ostatnich latach koncepcja generatorów energii darmowej cieszy się dużą popularnością. Znana jest również jako „energia darmowa”, „maszyna ruchu wiecznego” lub „generator o nadzwyczaj wysokiej sprawności”. Wielu sprzedawców promuje je jako urządzenia zdolne do „generowania prądu elektrycznego przy użyciu prądu elektrycznego”, czyli wykorzystujące silnik elektryczny do napędu generatora z magnesami trwałymi, zwykle wyposażonego w mechanizm przekładniowy umieszczony pomiędzy nimi.

Czy generatory energii darmowej rzeczywiście istnieją? Zgodnie z podstawowymi prawami fizyki tzw. maszyna ruchu wiecznego po prostu nie może osiągnąć dodatniego bilansu energetycznego. W niniejszym artykule wyjaśniono systematycznie zasady leżące u podstaw tego zjawiska, aby pomóc czytelnikowi zrozumieć, dlaczego takie produkty są naukowo niemożliwe.

Prawo zachowania energii

Jest to jedno z najbardziej podstawowych i powszechnych praw fizyki: w układzie izolowanym energia nie może być ani stworzona, ani zniszczona; może jedynie ulec przemianie z jednej postaci w inną.

Oznacza to:

Każdy proces przekształcania energii wiąże się z utratą energii. Całkowita energia wyjściowa układu nie może przekroczyć całkowitej energii wejściowej. W warunkach idealnych energia wyjściowa może być równa energii wejściowej (czyli sprawność przekształcenia wynosi 100%). Jednak w rzeczywistości, z powodu strat energii, sprawność przekształcenia jest zwykle mniejsza niż 100%, a zatem energia wyjściowa jest zawsze mniejsza od energii wejściowej.

Straty energii w poszczególnych elementach generatora energii wolnej

1. Silnik elektryczny

Sprawność przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną mieści się zwykle w zakresie od 70% do 95%. Powstające straty obejmują m.in.: nagrzewanie się spowodowane oporem, straty w rdzeniu, tarcie mechaniczne oraz opór powietrza. Dlatego nawet najbardziej sprawny silnik nie może osiągnąć sprawności przekształcenia na poziomie 100%.

2. Przekładnia zębnata

W przekładni zazębionej tarcie mechaniczne jest nieuniknione. Dlatego sprawność jednostopniowej przekładni zazębionej mieści się zwykle w zakresie od 90% do 98%. Sprawność wielostopniowych układów przekładni zazębionych jest jeszcze niższa, a straty się kumulują.

3. Prądnica z magnesami trwałymi

Sprawność przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną w generatory z magnesami trwały zwykle mieści się w zakresie od 80% do 95%. Do jej strat należą m.in.: straty histerezowe, straty prądów wirowych, straty na oporze elektrycznym oraz straty na tarcie mechaniczne.

4. Obwód i system sterowania

Wszystkie urządzenia elektroniczne mocy mają własne zużycie mocy. Przewody również generują straty na oporze elektrycznym.

Przekładnia mechaniczna: trójkątna zależność „prędkość – moment obrotowy – moc”

Jest to kluczowa zasada fizyczna dowodząca niemożliwości istnienia „generatora darmowej energii”:

1. Zasada zachowania energii

- Pomijając krótkotrwałe procesy przejściowe, w ustalonym stanie przekazu mechaniczna moc na wejściu skrzyni biegów ≈ mechaniczna moc na wyjściu (po odjęciu strat spowodowanych tarciem).

- Moc mechaniczna (P) = Moment obrotowy (T) × Prędkość kątowa (ω)

- Zębniki mogą zmieniać stosunek momentu obrotowego do prędkości, ale nie mogą zwiększać całkowitej mocy.

2. Koszt zwiększenia prędkości za pomocą skrzyni biegów

Gdy skrzynia biegów zwiększa prędkość o czynnik N (przekładnia zwiększająca prędkość), moment obrotowy na wyjściu zmniejszy się do około 1/N wartości momentu wejściowego. Z kolei silnik elektryczny, aby napędzać tę przekładnię zwiększającą prędkość, musi dostarczyć N-krotnie większego momentu obrotowego w celu pokonania momentu przeciwnego generowanego przez generator zwiększający prędkość.

- Moment obrotowy silnika elektrycznego jest proporcjonalny do prądu: T_silnika = K×I (gdzie K to stała silnika).

- Oznacza to, że wzrost prędkości obrotowej kół zębatych powoduje znaczny wzrost prądu silnika elektrycznego, co prowadzi do kwadratowego wzrostu strat miedziowych (I²R) w silniku i tym samym do istotnego obniżenia jego sprawności.

3. Analiza symulacji przepływu energii

Załóżmy idealny układ, w którym chwilowo pomijamy wszystkie straty:

Generator wymaga 1000 obr/min oraz momentu obrotowego wynoszącego 10 niutonometrów do wytworzenia energii elektrycznej. Wówczas zapotrzebowanie na moc obliczane jest według wzoru: P = T × ω = 10 N·m × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 watów

Jeśli zastosowano przekładnię redukcyjną o przełożeniu 1:10 (generator wykonuje 10 obrotów, podczas gdy silnik wykonuje 1 obrót)

Wówczas wymagana prędkość obrotowa silnika: 100 obr/min, wymagany moment obrotowy silnika: 100 niutonometrów (N·m) (czyli 10-krotnie większy niż moment obrotowy generatora!)

Wówczas typowy mały silnik o momencie obrotowym mniejszym niż 100 niutonometrów będzie silnie przeciążony, a jego sprawność może spaść z 90% do poniżej 50%.

Obliczanie ogólnej wydajności generatorów energii wolnej

Zakładając użycie najbardziej wydajnych komponentów dostępnych na rynku, współczynniki konwersji wynoszą następująco:

- Wysokowydajny silnik elektryczny: 95%

- Wysokowydajna przekładnia zębnata: 98%

- Wysokowydajny generator : 95%

Całkowita wydajność = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5%

Oznacza to, że z każdej 100 jednostki energii elektrycznej dostarczonej do systemu można uzyskać maksymalnie tylko 88,5 jednostki energii elektrycznej na wyjściu, przy czym straty netto wynoszą 11,5 jednostki. W rzeczywistych produktach wydajność poszczególnych komponentów jest zwykle niższa, a całkowita wydajność może spadać nawet do 60–70%. Oznacza to, że z każdej 100 jednostki energii wejściowej można uzyskać jedynie 60–70 jednostek energii wyjściowej, co sprawia, że tzw. „system generatora energii wolnej” nie generuje energii, lecz stale ją zużywa.

Powszechne zwodnicze stwierdzenia

1. Magnesy stałe mogą dostarczać „energii wolnej"

W rzeczywistości pole magnetyczne magnesów trwałych nie wykonuje pracy w trakcie procesu generowania energii. Jest jedynie nośnikiem przekształcania energii. Energia magnetyczna nie regeneruje się samoczynnie. Generatory napotykają opór magnetyczny podczas obrotu i wymagają ciągłego dopływu energii w celu pokonania tego oporu.

2. Przekładnie mogą zwiększać energię

Przekładnie rzeczywiście mogą zmieniać moment obrotowy i prędkość obrotową, ale nie są w stanie zwiększyć całkowitej ilości energii. Jak wspomniano w trzecim punkcie, zwiększenie prędkości obrotowej przekładni wiąże się ze wzrostem wymaganego momentu obrotowego dwukrotnie, co faktycznie obniża sprawność układu.

3. Po uruchomieniu systemu generowania energii z darmowej energii może on działać niezależnie.

W rzeczywistości każda strata spowoduje stopniowe zwalnianie układu i ostateczne jego zatrzymanie. W prezentacjach tych firm mogą być wykorzystywane dodatkowe, zewnętrzne źródła energii, lecz nie są one widoczne na nagraniach i pozostają ukryte przed klientami.

4. Manipulowanie wartościami pomiarowymi wejścia i wyjścia

W trakcie procesu pomiarowego ci handlowcy mogą również stosować przyrządy pomiarowe o różnej dokładności lub niekompletne systemy pomiarowe (np. pomijając pobór mocy przez system sterowania), aby wprowadzić klientów w błąd.

Podsumowanie

Maszyna ruchu wiecznego ignoruje przepływ energii i jej straty, a zatem narusza prawo zachowania energii. Takie produkty zwykle nie posiadają raportów z badań, a handlowcy nie znają również szczegółów technicznych tych produktów.

Niektórzy handlowcy twierdzą nawet, że posiadają patenty na swoje produkty, aby zapewnić klientom ich wydajność. W rzeczywistości jednak patent gwarantuje jedynie nowość produktu, a nie jego poprawność naukową.

Dlatego nie wierzcie w sztuczki związane z maszyną ruchu wiecznego. Przy spotkaniu się z takimi produktami możecie poprosić sprzedawcę o przedstawienie kompleksowego raportu dotyczącego pomiarów energii w trakcie długotrwałej pracy produktu w zamkniętym układzie. Jeśli nie jest w stanie go dostarczyć lub unika odpowiedzi, to samo w sobie wystarcza jako wskaźnik problemu.

Jak poprawić wydajność konwersji energii?

Chociaż generatory energii wolnej są niemożliwe do zrealizowania, istnieją jednak pewne praktyczne metody zwiększania wydajności konwersji energii. Po pierwsze zaleca się stosowanie komponentów o najwyższej wydajności konwersji. Dodatkowo można ograniczyć zbędne etapy konwersji, aby zminimalizować straty energii podczas procesu przekształcania.