Иллюзия генераторов свободной энергии: почему «электричество из электричества» не может производить дополнительную энергию

В последние годы концепция генераторов свободной энергии пользовалась большой популярностью. Её также называют «свободной энергией», «вечным двигателем» или «сверхэффективным генератором». Многие продавцы рекламируют такие устройства как способные «генерировать электричество за счёт электричества», то есть использовать электродвигатель для привода постоянного магнита генератора, обычно с промежуточным редукторным механизмом.

Однако существуют ли на самом деле генераторы свободной энергии? Согласно основным законам физики, так называемый вечный двигатель принципиально не может обеспечить чистый прирост энергии. В данной статье систематически разъясняются лежащие в основе принципы, чтобы помочь вам понять, почему подобные изделия научно невозможны.

Закон сохранения энергии

Это один из самых фундаментальных и универсальных принципов физики: в изолированной системе энергия не может быть создана или уничтожена; она может лишь преобразовываться из одной формы в другую.

То есть:

Любой процесс преобразования энергии сопровождается потерями энергии. Общая выходная энергия системы не может превышать общую входную энергию. В идеальном случае выходная энергия может быть равна входной энергии (то есть КПД преобразования составляет 100 %). Однако на практике из-за потерь энергии КПД преобразования обычно ниже 100 %, поэтому выходная энергия всегда меньше входной.

Потери энергии в компонентах генератора свободной энергии

1. Электродвигатель

КПД преобразования электрической энергии в механическую обычно находится в диапазоне от 70 % до 95 %. Возникающие потери включают: нагревание за счёт сопротивления, потери в магнитопроводе, механическое трение, аэродинамическое сопротивление и т. д. Таким образом, даже самый эффективный электродвигатель не может достичь КПД преобразования 100 %.

2. Передача через зубчатые колёса

При передаче крутящего момента через зубчатую передачу механическое трение неизбежно. Поэтому КПД одноступенчатой зубчатой передачи, как правило, составляет от 90 % до 98 %. КПД многоступенчатых зубчатых передач ещё ниже, а потери суммируются.

3. Генератор с постоянными магнитами

Преобразования механической энергии в электрическую энергию генераторах на постоянных магнитах обычно находится в диапазоне от 80 % до 95 %. К его потерям, как правило, относятся: потери на гистерезис, вихретоковые потери, омические потери, потери на механическое трение и др.

4. Электрическая цепь и система управления

Все силовые электронные устройства потребляют собственную мощность. Провода также обладают сопротивлением, вызывающим потери.

Передача через редуктор: треугольная зависимость «скорость — крутящий момент — мощность»

Это ключевой физический принцип, доказывающий невозможность «генератора свободной энергии»:

1. Принцип сохранения энергии

- Игнорируя кратковременные переходные процессы, при установившейся передаче механическая мощность на входе коробки передач ≈ механической мощности на выходе (за вычетом потерь на трение).

- Механическая мощность (P) = Крутящий момент (T) × Угловая скорость (ω)

- Передачи могут изменять соотношение крутящего момента и угловой скорости, но не могут увеличить суммарную мощность.

2. Стоимость повышения скорости в коробке передач

- При повышении скорости коробкой передач в N раз (передача с повышением скорости) крутящий момент на выходе уменьшается примерно до 1/N входного крутящего момента. Напротив, для электродвигателя, чтобы привести в действие такую ускоряющую коробку передач, двигатель должен обеспечить в N раз больший крутящий момент для преодоления противодействующего крутящего момента, создаваемого ускоряющим генератором.

- Крутящий момент электродвигателя пропорционален току: T_двиг = K×I (где K — постоянная двигателя).

- То есть повышение частоты вращения шестерён вынуждает ток электродвигателя значительно возрасти, что приводит к квадратичному росту потерь в меди двигателя (I²R) и, как следствие, к значительному снижению его КПД.

3. Анализ моделирования потока энергии

Предположим идеальную систему, в которой временно пренебрегают всеми потерями:

Генератору требуется 1000 оборотов в минуту и крутящий момент 10 ньютон-метров для выработки электроэнергии. Тогда требуемая мощность рассчитывается по формуле: P = T × ω = 10 ньютон-метров × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 ватт

Если используется понижающий редуктор с передаточным отношением 1:10 (генератор совершает 10 оборотов за один оборот двигателя)

То требуемая частота вращения двигателя: 100 оборотов в минуту (об/мин), требуемый крутящий момент двигателя: 100 ньютон-метров (Н·м) (в 10 раз больше крутящего момента генератора!)

В этом случае обычный малогабаритный двигатель с крутящим моментом менее 100 ньютон-метров будет работать в сильно перегруженном режиме, а его КПД может упасть с 90 % до менее чем 50 %.

Расчет общего КПД генераторов свободной энергии

При условии использования наиболее эффективных компонентов, доступных на рынке, коэффициенты преобразования составляют следующее:

- Высокоэффективный электродвигатель: 95 %

- Высокоэффективная зубчатая передача: 98 %

- Высокоэффективный генератор : 95 %

Общий КПД = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

Это означает, что из каждых 100 единиц входной электрической энергии максимально можно получить лишь 88,5 единицы выходной электрической энергии, при этом чистые потери составляют 11,5 единицы. В реальных изделиях КПД каждого компонента обычно ниже, а общий КПД может снижаться до 60–70 %. Это означает, что из каждых 100 единиц входной энергии можно получить лишь 60–70 единиц выходной энергии, в результате чего так называемая «система генератора свободной энергии» постоянно потребляет энергию, а не генерирует её.

Распространённые вводящие в заблуждение утверждения

1. Постоянные магниты могут обеспечивать «свободную энергию»

На самом деле магнитное поле постоянных магнитов не совершает работу в процессе генерации электроэнергии. Оно выступает лишь посредником при преобразовании энергии. Магнитная энергия не восстанавливается самостоятельно. При вращении генераторы испытывают магнитное сопротивление и требуют непрерывного поступления энергии для преодоления этого сопротивления.

2. Передачи могут увеличить энергию

Передачи действительно способны изменять крутящий момент и частоту вращения, однако они не могут увеличить общее количество энергии. Как указано в третьем разделе, повышение частоты вращения передач достигается за счёт удвоения требуемого крутящего момента, что фактически снижает КПД системы.

3. После запуска системы генерации бесплатной энергии она может функционировать автономно.

На самом деле любые потери приводят к постепенному замедлению работы системы и, в конечном счёте, к её остановке. В демонстрациях, проводимых этими компаниями, могут использоваться дополнительные внешние источники энергии, однако они не показаны на видеозаписи и скрыты от заказчиков.

4. Работа с измеренными значениями на входе и выходе

В ходе измерения такие продавцы могут также использовать измерительные приборы различной точности или неполные измерительные системы (например, игнорировать потребление электроэнергии системой управления), чтобы ввести покупателей в заблуждение.

Заключение

Вечный двигатель игнорирует поток энергии и её потери и, таким образом, нарушает закон сохранения энергии. Такие изделия, как правило, не имеют отчётов об испытаниях, а продавцы зачастую не осведомлены о технических деталях этих изделий.

Некоторые продавцы даже утверждают, что на данные изделия оформлены патенты, чтобы заверить покупателей в их эффективности. Однако на самом деле патент гарантирует лишь новизну изделия, но не его научную обоснованность.

Поэтому не верьте трюкам с вечным двигателем. При встрече с такими товарами вы можете попросить продавца предоставить полный отчет об измерении энергии при длительной работе изделия в замкнутой системе. Если он не может его предоставить или уклоняется от ответа, этого уже достаточно, чтобы указать на проблему.

Как повысить эффективность преобразования энергии?

Хотя генераторы свободной энергии принципиально невозможны, существуют вполне осуществимые методы повышения эффективности преобразования энергии. Во-первых, рекомендуется использовать компоненты с максимально возможной эффективностью преобразования. Во-вторых, можно сократить количество ненужных этапов преобразования, чтобы минимизировать потери энергии в процессе преобразования.