Ilúzia generátorov voľnej energie: Prečo „elektrické-na-elektrické“ nemôže generovať dodatočnú energiu

V posledných rokoch sa koncept generátorov voľnej energie veľmi rozšíril. Je tiež známy ako „voľná energia“, „stroj na večný pohyb“ alebo „nadmierne účinný generátor“. Mnoho predávajúcich ho propaguje ako zariadenie, ktoré dokáže „generovať elektrickú energiu pomocou elektrickej energie“, teda používa elektromotor na pohon generátora s permanentnými magnetmi, často doplneného prevodovým mechanizmom v strede.

Existujú však generátory voľnej energie naozaj? Podľa základných fyzikálnych zákonov sa takzvaný stroj na večný pohyb jednoducho nemôže dosiahnuť čistý zisk energie. Tento článok systematicky vysvetľuje základné princípy každému, aby ste pochopili, prečo sú takéto výrobky z vedeckej stránky nemožné.

Zákon zachovania energie

Je to jeden z najzákladnejších a najuniverzálnejších princípov vo fyzike: v izolovanej sústave sa energia nemôže vytvoriť ani zničiť; môže sa len meniť z jednej formy na druhú.

To znamená:

Akýkoľvek proces premeny energie má za následok straty energie. Celkový výstup energie zo systému nemôže presiahnuť celkový vstup energie. V ideálnom prípade sa výstupná energia môže rovnať vstupnej energii (t. j. účinnosť premeny je 100 %). V skutočnosti však kvôli stratám energie je účinnosť premeny zvyčajne nižšia ako 100 %, preto je výstupná energia vždy nižšia ako vstupná energia.

Straty energie v komponentoch generátora voľnej energie

1. Elektrický motor

Účinnosť premeny elektrickej energie na mechanickú energiu sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí od 70 % do 95 %. Straty, ktoré vznikajú, zahŕňajú najmä tepelné straty spôsobené odporom, straty v jadre, mechanické trenie, odpor vzduchu atď. Preto ani najúčinnejší motor nemôže dosiahnuť účinnosť premeny 100 %.

2. Prevodovka

Pri prevodovom prenose sa mechanické trenie nedá vyhnúť. Preto je účinnosť jednostupňového prevodového prenosu zvyčajne v rozmedzí od 90 % do 98 %. Účinnosť viacstupňových prevodových systémov je ešte nižšia a straty sa sčítajú.

3. Trvalý magnet generátor

Účinnosť premeny mechanickej energie na elektrickú energiu v generátory s trvalým magnétom sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí od 80 % do 95 %. Medzi jej straty patria: hysterezné straty, vírové prúdové straty, odporové straty, straty spôsobené mechanickým trením atď.

4. Obvod a riadiaci systém

Všetky výkonové polovodičové zariadenia majú vlastnú spotrebu energie. Káble tiež vykazujú straty spôsobené odporom.

Prevodovka: trojuholníkový vzťah „Rýchlosť – Krútiaci moment – Výkon“

Toto je kľúčový fyzikálny princíp, ktorý dokazuje nemožnosť „generátora voľnej energie“:

1. Zákon zachovania energie

- Ak sa zanedbajú krátkodobé prechodné procesy, pri ustálenom prevode je mechanický výkon na vstupnom konci prevodovky približne rovnaký ako mechanický výkon na výstupnom konci (po odpočítaní strat spôsobených trením).

- Mechanický výkon (P) = Krútiaci moment (T) × Uhlová rýchlosť (ω)

- Ozubené kolesá môžu meniť pomer medzi krútiacim momentom a rýchlosťou, avšak nemôžu zvýšiť celkový výkon.

2. Náklady na zvýšenie rýchlosti prevodovkou

Ak prevodovka zvyšuje rýchlosť faktorom N (prevod zvyšujúci rýchlosť), krútiaci moment na výstupnom konci klesne približne na 1/N vstupného krútiaceho momentu. Naopak, elektrický motor musí pri poháňaní tejto zrýchľujúcej prevodovky poskytnúť N-násobný krútiaci moment, aby prekonal protokrútiaci moment vyvolaný zrýchľujúcim generátorom.

- Krútiaci moment elektrického motora je úmerný prúdu: T_motor = K×I (kde K je konštanta motora).

- To znamená, že zvýšenie otáčok ozubníc núti prúd elektrického motora výrazne stúpnuť, čo má za následok kvadratické zvýšenie medienej straty (I²R) motora a tým výrazné zníženie účinnosti.

3. Simulačná analýza toku energie

Predpokladajme ideálny systém, ktorý dočasne zanedbáva všetky straty:

Generátor potrebuje 1000 otáčok za minútu a krútiaci moment 10 newtonmetrov na výrobu elektrickej energie. Výkon sa potom vypočíta ako: P = T × ω = 10 newtonmetrov × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 wattov

Ak sa použije prevodovka s premenovým pomerom 1:10 (generátor sa otáča 10-krát, kým sa motor otáča 1-krát)

Potom požadované otáčky motora: 100 otáčok za minútu (RPM), požadovaný krútiaci moment motora: 100 newtonmetrov (N·m) (10-násobok krútiaceho momentu generátora!)

Potom bežný malý motor s krútiacim momentom nižším ako 100 newtonmetrov bude vážne preťažený a účinnosť môže klesnúť z 90 % na menej ako 50 %.

Výpočet celkovej účinnosti generátorov voľnej energie

Za predpokladu použitia najúčinnejších komponentov dostupných na trhu sú premenové účinnosti nasledovné:

- Vysokoúčinný elektrický motor: 95 %

- Vysokoúčinný prevodový mechanizmus: 98 %

- Vysokoúčinný generátor : 95 %

Celková účinnosť = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

To znamená, že z každých 100 jednotiek vstupnej elektrickej energie sa môže najviac vyrobiť 88,5 jednotky výstupnej elektrickej energie, pričom čistá strata je 11,5 jednotky. V skutočných výrobkoch je účinnosť jednotlivých komponentov zvyčajne nižšia a celková účinnosť môže klesnúť až na 60–70 %. To znamená, že z každých 100 jednotiek vstupnej energie sa vyrubí len 60–70 jednotiek výstupnej energie, čo má za následok, že takzvaný „systém generátora voľnej energie“ nepretržite spotrebuje energiu namiesto toho, aby ju vyrábali.

Bežné mylne tvrdenia

1. Trvalé magnety môžu poskytnúť „voľnú energiu“

V skutočnosti magnetické pole permanentných magnetov počas procesu výroby elektrickej energie nekoná žiadnu prácu. Je len prostredníkom pre prevod energie. Magnetická energia sa samovoľne neobnovuje. Generátory pri rotácii stretávajú magnetický odpor a na prekonanie tohto odporu je potrebný neustály prísun energie.

2. Prevodovky môžu zvýšiť energiu

Prevodovky skutočne dokážu zmeniť krútiaci moment a otáčky, avšak nemôžu zvýšiť celkové množstvo energie. Ako je uvedené v tretej časti, zvýšenie otáčok prevodovky prebieha na úkor zdvojnásobenia požiadavky na krútiaci moment, čo v skutočnosti zníži účinnosť systému.

3. Po aktivácii systému voľnej energie na výrobu elektrickej energie môže tento systém pracovať nezávisle.

V skutočnosti akákoľvek strata spôsobí, že sa systém postupne spomalí a nakoniec zastaví. V týchto demonštráciách týchto spoločností môže byť zapojený aj iný vonkajší zdroj energie, avšak nie je zobrazený na nahrávkach a je od zákazníkov skrytý.

4. Manipulácia vstupných a výstupných meracích hodnôt

Počas meracieho procesu tieto obchodníci môžu tiež používať meracie prístroje s rôznou presnosťou alebo neúplné meracie systémy (napríklad ignorujú spotrebu energie riadiaceho systému), čím môžu zavádzať zákazníkov.

Záver

Stroj na večný pohyb ignoruje tok energie a straty energie a tým porušuje zákon zachovania energie. Takéto výrobky zvyčajne nemajú žiadne skúšobné správy a obchodníci tiež nie sú odborne zoznámení s technickými podrobnosťami týchto výrobkov.

Niektorí obchodníci dokonca tvrdia, že majú patent na daný výrobok, aby zabezpečili zákazníkom jeho účinnosť. V skutočnosti však patent zaručuje len novosť výrobku, nie jeho vedeckú platnosť.

Preto neverte trikom stroja na večný pohyb. Pri stretnutí s takýmito výrobkami môžete požiadať predávajúceho, aby poskytol komplexnú správu o meraní energie pri dlhodobom prevádzkovaní výrobku v uzavretom systéme. Ak ju nemôže poskytnúť alebo sa vyhýba otázke, je to dostatočným indikátorom problému.

Ako zvýšiť účinnosť premeny energie?

Hoci generátory voľnej energie nie je možné realizovať, stále existujú niektoré uskutočniteľné metódy na zvýšenie účinnosti premeny energie. Za prvé je odporúčané používať komponenty s najvyššou účinnosťou premeny. Okrem toho je možné znížiť nepotrebné kroky premeny, čím sa minimalizujú straty energie počas procesu premeny.