Illusionen kring fria energigeneratorer: Varför "elektrisk-till-elektrisk" inte kan generera extra energi

Under de senaste åren har begreppet fria energigeneratorer varit mycket populärt. Det kallas också för "fri energi", "evighetsmaskin" eller "supereffektiv generator". Många säljare marknadsför den som en anordning som kan "generera el med hjälp av el", det vill säga använda en elmotor för att driva en permanentmagnetgenerator, och den är vanligtvis utrustad med en växellåda i mitten.

Dock, finns det verkligen fria energigeneratorer? Enligt de grundläggande fysiklagarna kan den så kallade eviga rörelsemaskinen helt enkelt inte uppnå en nettoenergivinst. I den här artikeln förklaras systematiskt de underliggande principerna för alla, vilket hjälper dig att förstå varför sådana produkter är vetenskapligt omöjliga.

Energins bevarandelag

Det är en av de mest grundläggande och universella principerna inom fysiken: i ett isolerat system kan energi varken skapas eller förstöras; den kan endast omvandlas från en form till en annan.

Det vill säga:

Alla energiomvandlingsprocesser leder till energiförluster. Den totala energiutmatningen från systemet kan aldrig överstiga den totala energiingången. I en ideal situation kan utmatningsenergin vara lika med ingående energi (dvs. omvandlingseffektiviteten är 100 %). I verkligheten är emellertid omvandlingseffektiviteten vanligtvis lägre än 100 % på grund av energiförluster, så utmatningsenergin är alltid lägre än ingående energi.

Energiförluster i komponenterna i en frienergigenerator

1. Elektrisk Motor

Verkningsgraden för omvandling av elektrisk energi till mekanisk energi ligger vanligtvis mellan 70 % och 95 %. De genererade förlusterna inkluderar vanligen: motståndsvärmning, kärnförluster, mekanisk friktion, luftmotstånd osv. Därför kan även den mest effektiva motorn inte uppnå en omvandlingsverkningsgrad på 100 %.

2. Kugghjulsöverföring

Vid kugghjulsöverföring är mekanisk friktion oundviklig. Därför ligger verkningsgraden för en enkelstegskugghjulsöverföring vanligtvis mellan 90 % och 98 %. Verkningsgraden för flerstegskugghjulsöverföringssystem är ännu lägre, och förlusterna ackumuleras.

3. Permanentmagnetgenerator

Verkningsgraden för omvandling av mekanisk energi till elektrisk energi i permanentmagnethalternatorer ligger vanligtvis mellan 80 % och 95 %. Dess förluster inkluderar vanligen: hysteresförluster, virvelströmsförluster, motståndsförluster, mekaniska friktionsförluster osv.

4. Krets och styrsystem

Alla kraftelektroniska enheter har sin egen effektförbrukning. Kablar har också resistansförluster.

Växellådans överföring: "Hastighet – Vridmoment – Effekt"-triangelförhållande

Detta är en nyckelfysikalisk princip som bevisar omöjligheten av "fri energigeneratorn":

1. Energibesparingsprincipen

- Om man bortser från kortvariga transienta processer är den mekaniska effekten vid växellådans inmatning ≈ den mekaniska effekten vid utmatningen (efter avdrag för friktionsförluster) i stationärt tillfälle.

- Mekanisk effekt (P) = Vridmoment (T) × Vinkelhastighet (ω)

- Tänder kan ändra förhållandet mellan vridmoment och hastighet, men de kan inte öka den totala effekten.

2. Kostnaden för ökad växellådshastighet

När växellådan ökar hastigheten med en faktor N (hastighetsökande överföring) minskar vridmomentet vid utgången till ungefär 1/N av inmatat vridmoment. Omvänt måste, för en elmotor, motorn leverera N gånger vridmomentet för att driva denna accelererande växellåda och övervinna det motvridmoment som genereras av den accelererande generators.

- Vridmomentet för elmotorn är proportionellt mot strömmen: T_motor = K×I (där K är motorkonstanten).

- Det vill säga att ökningen av växelns rotationshastighet tvingar elmotorns ström att öka kraftigt, vilket leder till en kvadratisk ökning av kopparförlusten (I²R) i motorn och därmed en betydande minskning av verkningsgraden.

3. Simuleringsanalys av energiflöde

Anta ett idealt system där alla förluster för närvarande bortses från:

Generatorn kräver 1000 varv per minut och 10 newtonmeter vridmoment för att generera el. Effektkravet beräknas sedan enligt: P = T × ω = 10 newtonmeter × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 watt

Om en växellåda med utväxlingsförhållande 1:10 används (generatorn roterar 10 gånger medan motorn roterar 1 gång)

Blir det erforderliga motordrevets varvtal: 100 varv per minut (RPM), och det erforderliga motorns vridmoment: 100 newtonmeter (N·m) (10 gånger generatorns vridmoment!)

En vanlig liten motor med ett vridmoment lägre än 100 newtonmeter kommer då att överbelastas kraftigt, och verkningsgraden kan sjunka från 90 % till under 50 %.

Beräkning av den totala verkningsgraden för frienergigeneratorer

Antag att de mest effektiva komponenterna som finns på marknaden används; omvandlingsverkningsgraderna är följande:

- Hög-effektiv elmotor: 95 %

- Hög-effektiv växellådsöverföring: 98 %

- Hög-effektiv generator : 95 %

Total verkningsgrad = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

Detta innebär att för varje 100 enheter elektrisk energi som matas in kan högst endast 88,5 enheter elektrisk energi matas ut, med en nettoförlust på 11,5 enheter. I verkliga produkter är vanligtvis verkningsgraden för varje komponent lägre, och den totala verkningsgraden kan sjunka till så lågt som 60–70 %. Detta innebär att för varje 100 enheter inmatad energi kan endast 60–70 enheter utmatad energi genereras, vilket leder till att det så kallade "systemet för fri energi" i själva verket ständigt förbrukar energi istället for att generera den.

Vanliga missvisande påståenden

1. Permanentmagneter kan tillhandahålla "fri energi"

I själva verket utför inte det magnetiska fältet från permanentmagneter något arbete under kraftgenereringsprocessen. Det är endast ett medium för energiomvandling. Magnetisk energi återbildas inte automatiskt. Generatorer möter magnetisk motstånd vid rotation och kräver kontinuerlig energitillförsel för att övervinna detta motstånd.

2. Tandhjul kan öka energin

Tänder kan verkligen ändra vridmoment och rotationshastighet, men de kan inte öka den totala energin. Som nämnts i avsnitt tre innebär en ökning av tandhjulens rotationshastighet en fördubbling av kravet på vridmoment, vilket faktiskt minskar systemets verkningsgrad.

3. När systemet för fri energi-elgenerering är aktiverat kan det fungera oberoende.

Faktum är att alla förluster får systemet att gradvis sakta ner och till slut stanna. I dessa demonstrationer av företagen kan andra externa energikällor ha använts, men de visas inte i filmklippen och hålls dolda för kunderna.

4. Manipulering av mätvärden för inmatning och utmatning

Under mätprocessen kan dessa handlare även använda mätinstrument med varierande noggrannhet eller ofullständiga mätsystem (till exempel genom att bortse från efforförbrukningen i styrsystemet) för att vilseleda kunderna.

Slutsats

Den eviga rörelsemaskinen ignorerar energiflöde och energiförluster och bryter därmed mot energins bevarandelag. Sådana produkter saknar i allmänhet provrapporter, och handlarna är också okunniga om produktens tekniska detaljer.

Vissa handlare hävdar till och med att de har produktpatent för att försäkra kunderna om produktens effektivitet. I själva verket kan ett patent endast garantera produktens nyhet, inte dess vetenskapliga giltighet.

Tro därför inte på knepen med den eviga rörelsemaskinen. När du stöter på sådana produkter kan du be säljaren att lämna ett komplett energiundersökningsrapport för produkten under långvarig drift i ett slutet system. Om de inte kan lämna en sådan rapport eller undviker frågan är det tillräckligt för att indikera problemet.

Hur förbättrar man energiomvandlingseffektiviteten?

Även om fria energigeneratorer är omöjliga att realisera finns det fortfarande vissa genomförbara metoder för att förbättra energiomvandlingseffektiviteten. För det första är det lämpligt att använda komponenter med högst omvandlingseffektivitet. Dessutom kan onödiga omvandlingssteg minskas för att minimera energiförluster under omvandlingsprocessen.