Iluzia generatorilor de energie liberă: De ce „electricitatea din electricitate” nu poate genera energie suplimentară

În ultimii ani, conceptul de generatoare de energie gratuită a devenit foarte popular. Este cunoscut, de asemenea, sub denumirile de «energie gratuită», «mașină de mișcare perpetuă» sau «generator super-eficient». Mulți vânzători îl promovează ca fiind capabil să «genereze electricitate folosind electricitate», adică să utilizeze un motor electric pentru a antrena un generator cu magnet permanent, de obicei echipat și cu un mecanism de angrenaj în mijloc.

Totuși, există cu adevărat generatoare de energie gratuită? Conform legilor fundamentale ale fizicii, așa-numita mașină de mișcare perpetuă nu poate realiza, în mod absolut, un câștig net de energie. Acest articol explică sistematic principiile de bază pentru toată lumea, ajutându-vă să înțelegeți de ce astfel de produse sunt imposibile din punct de vedere științific.

Legea conservării energiei

Este unul dintre cele mai fundamentale și universale principii din fizică: într-un sistem izolat, energia nu poate fi nici creată, nici distrusă; ea poate fi doar transformată dintr-o formă în alta.

Adică:

Orice proces de conversie a energiei va duce la pierderi de energie. Energia totală de ieșire a sistemului nu poate depăși energia totală de intrare. Într-o situație ideală, energia de ieșire poate fi egală cu energia de intrare (adică eficiența de conversie este de 100%). Totuși, în realitate, datorită pierderilor de energie, eficiența de conversie este de obicei mai mică de 100%, astfel încât energia de ieșire este întotdeauna mai mică decât cea de intrare.

Pierderi de energie în componentele unui generator de energie liberă

1. Motor Electric

Eficiența conversiei energiei electrice în energie mecanică este de obicei cuprinsă între 70% și 95%. Pierderile generate includ, în general: încălzirea prin rezistență, pierderi în miez, frecare mecanică, rezistență la vânt etc. Prin urmare, chiar și cel mai eficient motor nu poate atinge o eficiență de conversie de 100%.

2. Transmisie prin roți dințate

În transmisia prin angrenaje, frecarea mecanică este inevitabilă. Prin urmare, randamentul unei transmisii prin angrenaje cu un singur treaptă este, în general, cuprins între 90 % și 98 %. Randamentul sistemelor de transmisie prin angrenaje cu mai multe trepte este chiar mai scăzut, iar pierderile se acumulează.

3. Generator cu magnet permanent

Randamentul conversiei energiei mecanice în energie electrică în generatoare cu magnet permanent se situează, de obicei, între 80 % și 95 %. Pierderile sale includ, în general: pierderi prin histerezis, pierderi prin curenți parazitari, pierderi prin rezistență, pierderi prin frecare mecanică etc.

4. Circuit și sistem de comandă

Toate dispozitivele electronice de putere au propriul consum de energie. Cablurile prezintă, de asemenea, pierderi datorate rezistenței.

Transmisia prin reductor: relația triunghiulară „viteză – cuplu – putere”

Acesta este un principiu fizic fundamental care demonstrează imposibilitatea „generatorului de energie liberă”:

1. Principiul conservării puterii

- Ignorând procesele tranzitorii scurte, într-o transmisie în regim staționar, puterea mecanică la capătul de intrare al cutiei de viteze ≈ puterea mecanică la capătul de ieșire (după deducerea pierderilor prin frecare).

- Puterea mecanică (P) = Cuplul (T) × Viteza (ω)

- Roțile dințate pot modifica raportul dintre cuplu și viteză, dar nu pot crește puterea totală.

2. Costul creșterii vitezei prin cutia de viteze

- Când cutia de viteze mărește viteza cu un factor N (transmisie cu multiplicare a vitezei), cuplul la capătul de ieșire va scădea la aproximativ 1/N din cuplul de intrare. În schimb, pentru un motor electric, pentru a antrena această cutie de viteze acceleratoare, motorul trebuie să furnizeze un cuplu de N ori mai mare pentru a compensa cuplul rezistent generat de generatorul accelerat.

- Cuplul motorului electric este proporțional cu curentul: T_motor = K×I (unde K este constanta motorului).

- Adică, creșterea vitezei de rotație a angrenajelor forțează o creștere semnificativă a curentului motorului electric, determinând o creștere pătratică a pierderilor în cupru (I²R) ale motorului, ceea ce reduce în mod semnificativ randamentul.

3. Analiză de simulare a fluxului de energie

Să presupunem un sistem ideal care ignoră temporar toate pierderile:

Generatorul necesită 1000 de rotații pe minut și un cuplu de 10 newton-metri pentru a genera electricitate. Atunci cerința de putere se calculează astfel: P = T × ω = 10 newton-metri × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 wați

Dacă se utilizează un reductor cu raportul 1:10 (generatorul efectuează 10 rotații în timp ce motorul efectuează 1 rotație)

Atunci viteza necesară a motorului: 100 de rotații pe minut (RPM), cuplul necesar al motorului: 100 newton-metri (N·m) (de 10 ori cuplul generatorului!)

În această situație, un motor mic obișnuit, cu un cuplu mai mic de 100 newton-metri, va fi suprasolicitat în mod grav, iar randamentul său poate scădea de la 90 % la sub 50 %.

Calculul eficienței generale a generatorilor de energie liberă

Presupunând utilizarea celor mai eficiente componente disponibile pe piață, randamentele de conversie sunt următoarele:

- Motor electric de înaltă eficiență: 95%

- Transmisie prin angrenaje de înaltă eficiență: 98%

- De înaltă eficiență generator : 95%

Eficiența totală = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5%

Aceasta înseamnă că, pentru fiecare 100 de unități de energie electrică introdusă, se pot obține cel mult 88,5 unități de energie electrică la ieșire, cu o pierdere netă de 11,5 unități. În produsele reale, eficiența fiecărui component este de obicei mai scăzută, iar eficiența totală poate ajunge chiar la 60–70%. Acest lucru implică faptul că, pentru fiecare 100 de unități de energie introdusă, se pot genera doar 60–70 de unități la ieșire, ceea ce face ca așa-numitul «sistem de generator de energie liberă» să consume în mod constant energie, nu să o genereze.

Afirmații frecvente înșelătoare

1. Magneții permanenți pot furniza «energie liberă»

De fapt, câmpul magnetic al magneților permanenți nu efectuează lucru mecanic în timpul procesului de generare a energiei electrice. Acesta este doar un mediu pentru conversia energiei. Energia magnetică nu se regenerează spontan. Generatoarele întâmpină o rezistență magnetică în timpul rotației și necesită un aport continuu de energie pentru a depăși această rezistență.

2. Roțile dințate pot crește energia

Roțile dințate pot, într-adevăr, modifica cuplul și viteza de rotație, dar nu pot mări energia totală. Așa cum s-a menționat în secțiunea a treia, creșterea vitezei de rotație a roților dințate se face pe seama dublării cerinței de cuplu, ceea ce reduce, de fapt, eficiența sistemului.

3. Odată activat, sistemul de generare a energiei libere poate funcționa în mod independent.

De fapt, orice pierdere va determina încetinirea treptată a sistemului și, în cele din urmă, oprirea acestuia. În aceste demonstrații realizate de către respectivele companii, ar putea fi incluse alte surse externe de energie, dar acestea nu apar în imaginile prezentate și sunt ascunse clienților.

4. Manipularea valorilor măsurate de intrare și ieșire

În timpul procesului de măsurare, acești comercianți pot folosi, de asemenea, instrumente de măsurare cu precizii diferite sau sisteme de măsurare incomplete (de exemplu, ignorând consumul de energie al sistemului de comandă), pentru a induce în eroare clienții.

Concluzie

Mașina de mișcare perpetuă ignoră fluxul și pierderea de energie și, prin urmare, încalcă legea conservării energiei. Astfel de produse nu dispun, în general, de rapoarte de testare, iar comercianții nu cunosc nici măcar detaliile tehnice ale produselor.

Unii comercianți vor afirma chiar că dețin brevete pentru produse, pentru a asigura clienții cu privire la eficiența acestora. Totuși, de fapt, un brevet garantează doar noutatea produsului, nu și validitatea sa științifică.

Prin urmare, nu credeți în trucurile mașinii de mișcare perpetuă. Când întâlniți astfel de produse, puteți cere vânzătorului să furnizeze un raport complet de detectare a energiei privind funcționarea pe termen lung a produsului într-un sistem închis. Dacă acesta nu poate furniza raportul sau evită răspunsul, acest lucru este suficient pentru a indica problema.

Cum se poate îmbunătăți eficiența conversiei energetice?

Deși generatorii de energie gratuită sunt imposibil de realizat, există totuși unele metode fezabile de a îmbunătăți eficiența conversiei energetice. În primul rând, este recomandabil să se utilizeze componente cu cea mai ridicată eficiență de conversie. În plus, se pot reduce etapele inutile de conversie pentru a minimiza pierderile de energie în timpul procesului de conversie.