Iluzija generatorjev prostorske energije: Zakaj »električno-v-električno« ne more proizvesti dodatne energije

V zadnjih letih je koncept generatorjev proste energije zelo priljubljen. Znan je tudi kot »prosta energija«, »stroj za večno gibanje« ali »izjemno učinkovit generator«. Številni prodajalci ga promovirajo kot napravo, ki »ustvarja električno energijo z uporabo električne energije«, torej z električnim motorjem poganjajo generator s trajnimi magneti, pri čemer je vmes običajno nameščen zobni mehanizem.

Vendar pa resnično obstajajo generatorji proste energije? Glede na osnovne zakone fizike se tako imenovani stroj za večno gibanje preprosto ne more doseči neto dobička energije. V tem članku so sistematično razloženi osnovni principi za vse, kar vam pomaga razumeti, zakaj so takšni izdelki z znanstvenega vidika nemogoči.

Zakon o ohranitvi energije

Ena najosnovnejših in najuniverzalnejših načel v fiziki: v izoliranem sistemu energije ne moremo niti ustvariti niti uničiti; lahko jo le pretvorimo iz ene oblike v drugo.

To pomeni:

Vsak proces pretvorbe energije povzroči izgubo energije. Skupna izhodna energija sistema ne more presegati skupne vhodne energije. V idealnem primeru lahko izhodna energija znaša enako kot vhodna energija (tj. učinkovitost pretvorbe je 100 %). V resničnosti pa je zaradi izgub energije učinkovitost pretvorbe običajno manjša od 100 %, zato je izhodna energija vedno manjša od vhodne energije.

Izgube energije v komponentah generatorja proste energije

1. Električni motor

Učinkovitost pretvorbe električne energije v mehansko energijo je običajno med 70 % in 95 %. Izgube, ki nastanejo, vključujejo predvsem segrevanje zaradi upora, izgube v jedru, mehansko trenje in zračni upor. Zato celo najučinkovitejši motor ne more doseči učinkovitosti pretvorbe 100 %.

2. Gredni prenos

Pri zobnikovem prenosu mehanska trenja niso izogljiva. Zato je učinkovitost enostopenjskega zobnikovega prenosa običajno med 90 % in 98 %. Učinkovitost večstopenjskih zobnikovih prenosnih sistemov je še nižja, izgube pa se nabirajo.

3. Generator z trajnimi magneti

Učinkovitost pretvorbe mehanske energije v električno energijo pri generatorjih s trajnimi magneti običajno znaša med 80 % in 95 %. Med njene izgube spadajo: histerezna izguba, izguba zaradi vrtinčnih tokov, upornostna izguba, izguba zaradi mehanskega trenja itd.

4. Električni krog in krmilni sistem

Vsi napojni elektronski elementi imajo lastno porabo energije. Tudi kabli povzročajo izgube zaradi upornosti.

Prenos s prestavnim sklopom: trikotna povezava »hitrost – navor – moč«

To je ključno fizikalno načelo, ki dokazuje nemogočost »generatorja proste energije«:

1. Načelo ohranitve energije

- Če zanemarimo kratkotrajne prehodne procese, je pri stacionarnem prenosu mehanska moč na vhodu v menjalnik ≈ mehanska moč na izhodu (po odštevek izgub zaradi trenja).

- Mehanska moč (P) = Navor (T) × Vrtljiva hitrost (ω)

- Zobniki lahko spremenijo razmerje med navorom in vrtilno hitrostjo, vendar ne morejo povečati skupne moči.

2. Stroški povečanja vrtilne hitrosti z menjalnikom

Ko menjalnik poveča vrtilno hitrost za faktor N (prenos za povečanje hitrosti), se navor na izhodu zmanjša na približno 1/N vhodnega navora. Nasprotno pa mora električni motor, da premika ta pospeševalni menjalnik, zagotoviti N-krat večji navor, da premaga nasprotni navor, ki ga ustvarja pospeševalna generatorja.

- Navor električnega motorja je sorazmeren toku: T_motor = K × I (kjer je K konstanta motorja).

- To pomeni, da povečanje vrtilne hitrosti zobnikov prisili električni motor k znatnemu povečanju toka, kar povzroči kvadratno povečanje bakrenih izgub motorja (I²R) in s tem znatno zmanjša učinkovitost.

3. Analiza simulacije pretoka energije

Predpostavimo idealen sistem, pri katerem začasno prezremo vse izgube:

Generator potrebuje 1000 vrtljajev na minuto in navor 10 newton-metrov za proizvodnjo električne energije. Potem se zahtevana moč izračuna kot: P = T × ω = 10 newton-metrov × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 vatov

Če se uporabi redukcijsko prestavno sklopko z razmerjem 1:10 (generator se vrti 10-krat, medtem ko se motor zavrti 1-krat)

Potem je zahtevana vrtilna hitrost motorja: 100 vrtljajev na minuto (RPM), zahtevani navor motorja: 100 newton-metrov (N·m) (10-krat večji od navora generatorja!)

Potem bo običajen majhen motor z navorom manj kot 100 newton-metrov hudo preobremenjen, učinkovitost pa se lahko zniža z 90 % na manj kot 50 %.

Izračun skupne učinkovitosti generatorjev proste energije

Če predpostavimo uporabo najučinkovitejših komponent, ki so trenutno na trgu, so pretvorbeni izkoristki naslednji:

- Visoko učinkovit električni motor: 95 %

- Visoko učinkovit zobniški prenos: 98 %

- Visoko učinkovit generator : 95 %

Skupna učinkovitost = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

To pomeni, da za vsakih 100 enot vhodne električne energije lahko največ izhaja le 88,5 enot električne energije, kar predstavlja neto izgubo 11,5 enot. V dejanskih izdelkih je učinkovitost posameznih komponent običajno nižja, skupna učinkovitost pa se lahko zniža celo na 60–70 %. To nakazuje, da za vsakih 100 enot vhodne energije lahko nastane le 60–70 enot izhodne energije, kar pomeni, da sistem »generatorja proste energije« v resnici neprestano porablja energijo namesto da bi jo ustvarjal.

Pogosto zavajajoča trditev

1. Trajni magneti lahko zagotavljajo »prosto energijo«

Dejansko magnetno polje trajnih magnetov med procesom proizvodnje električne energije ne opravlja dela. Je le sredstvo za pretvorbo energije. Magnetna energija se sama od sebe ne obnavlja. Generatorji med vrtenjem srečajo magnetni upor in za premagovanje tega upora potrebujejo stalni vhod energije.

2. Gredi lahko povečajo energijo

Gredi resnično lahko spremenijo navor in vrtilno hitrost, vendar ne morejo povečati skupne količine energije. Kot je omenjeno v tretjem odstavku, povečanje vrtilne hitrosti gredi povzroči podvojitev zahtevanega navora, kar dejansko zmanjša učinkovitost sistema.

3. Ko se sistem za proizvodnjo brezplačne energije aktivira, lahko deluje neodvisno.

Dejansko vsaka izguba povzroči, da se sistem postopoma upočasni in končno ustavi. V teh predstavitvah, ki jih pripravijo te podjetja, so morda vključeni drugi zunanji viri energije, vendar niso prikazani na posnetkih in so skriti pred strankami.

4. Upravljanje vnosnih in izhodnih merilnih vrednosti

Med meritvenim procesom ti trgovci lahko uporabljajo tudi merilne instrumente različne natančnosti ali nepopolne merilne sisteme (na primer zanemarjajo porabo energije nadzornega sistema), s čimer zavajajo kupce.

Zaključek

Stroj za večno gibanje prezira pretok energije in njene izgube ter s tem krši zakon o ohranitvi energije. Takšni izdelki običajno nimajo preskusnih poročil, trgovci pa tudi ne poznajo tehničnih podrobnosti izdelkov.

Nekateri trgovci celo trdijo, da imajo za izdelek pridobljeno patentno zaščito, s čimer kupcem zagotavljajo učinkovitost izdelka. V resnici pa patent zagotavlja le novost izdelka, ne pa tudi njegove znanstvene veljavnosti.

Zato ne verjamete izmišljencem o večnem gibanju. Ko naletite na take izdelke, lahko prodajalca povprašate, ali lahko predloži celovito poročilo o merjenju energije pri dolgoročnem delovanju izdelka v zaprtem sistemu. Če ga ne more predložiti ali se izogiba vprašanju, je to že dovolj, da kaže na obstoječi problem.

Kako izboljšati učinkovitost pretvorbe energije?

Čeprav generatorji brezplačne energije niso mogoči, obstajajo še vedno nekateri izvedljivi načini za izboljšanje učinkovitosti pretvorbe energije. Najprej je priporočljivo uporabljati komponente z najvišjo učinkovitostjo pretvorbe. Poleg tega lahko zmanjšamo nepotrebne korake pretvorbe, s čimer zmanjšamo izgubo energije med procesom pretvorbe.