ภาพลวงของเครื่องกำเนิดพลังงานฟรี: เหตุใดระบบ "ไฟฟ้า-สู่-ไฟฟ้า" จึงไม่สามารถสร้างพลังงานเพิ่มเติมได้

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แนวคิดเรื่องเครื่องกำเนิดพลังงานฟรีได้รับความนิยมสูงมาก ซึ่งยังรู้จักกันในอีกชื่อหนึ่งว่า "พลังงานฟรี" "เครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลา" หรือ "เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงพิเศษ" ผู้ขายจำนวนมากโฆษณาผลิตภัณฑ์นี้ว่าสามารถ "ผลิตไฟฟ้าโดยใช้ไฟฟ้า" กล่าวคือ ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร โดยทั่วไปจะติดตั้งระบบเกียร์ไว้ตรงกลางด้วย

อย่างไรก็ตาม เครื่องกำเนิดพลังงานฟรีนั้นมีอยู่จริงหรือไม่? ตามกฎพื้นฐานของฟิสิกส์แล้ว เครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลาที่กล่าวกันนั้นไม่สามารถสร้างพลังงานสุทธิได้เลย บทความนี้จะอธิบายหลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์ดังกล่าวอย่างเป็นระบบ เพื่อช่วยให้ท่านเข้าใจว่าเหตุใดผลิตภัณฑ์ประเภทนี้จึงเป็นไปไม่ได้ทางวิทยาศาสตร์

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

เป็นหนึ่งในหลักการพื้นฐานและเป็นสากลที่สุดในวิชาฟิสิกส์: ในระบบที่แยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อม พลังงานไม่สามารถถูกสร้างขึ้นหรือทำลายลงได้ แต่สามารถเปลี่ยนรูปแบบจากชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่งได้เท่านั้น

นั่นคือ:

กระบวนการแปลงพลังงานใดๆ ก็ตามจะส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานเสมอ ปริมาณพลังงานรวมที่ออกจากระบบจะไม่สามารถมากกว่าปริมาณพลังงานรวมที่ป้อนเข้าสู่ระบบได้ ในกรณีอุดมคติ พลังงานที่ออกอาจเท่ากับพลังงานที่ป้อนเข้า (กล่าวคือ ประสิทธิภาพในการแปลงอยู่ที่ร้อยเปอร์เซ็นต์) อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง เนื่องจากการสูญเสียพลังงาน ประสิทธิภาพในการแปลงมักจะต่ำกว่าร้อยเปอร์เซ็นต์ ดังนั้น พลังงานที่ออกจึงน้อยกว่าพลังงานที่ป้อนเข้าเสมอ

การสูญเสียพลังงานในส่วนประกอบของเครื่องกำเนิดพลังงานฟรี

1. มอเตอร์ไฟฟ้า

ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเชิงกลมักอยู่ระหว่างร้อยละ 70 ถึงร้อยละ 95 การสูญเสียที่เกิดขึ้นมักประกอบด้วย: ความร้อนจากความต้านทาน ความสูญเสียในแกนเหล็ก แรงเสียดทานเชิงกล และแรงต้านลม เป็นต้น ดังนั้น แม้แต่มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดก็ไม่สามารถบรรลุประสิทธิภาพในการแปลงร้อยเปอร์เซ็นต์ได้

2. การส่งผ่านกำลังด้วยเกียร์

ในการส่งกำลังผ่านเกียร์ แรงเสียดทานเชิงกลเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นประสิทธิภาพของการส่งกำลังผ่านเกียร์แบบหนึ่งขั้นตอนโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างร้อยละ 90 ถึง 98 สำหรับระบบการส่งกำลังผ่านเกียร์แบบหลายขั้นตอน ประสิทธิภาพจะต่ำลงอีก และการสูญเสียพลังงานจะสะสมกัน

3. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร

ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานเชิงกลเป็นพลังงานไฟฟ้าใน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร มักอยู่ในช่วงร้อยละ 80 ถึง 95 การสูญเสียพลังงานของอุปกรณ์ชนิดนี้โดยทั่วไปประกอบด้วย: การสูญเสียจากฮิสเตอรีซิส (hysteresis loss), การสูญเสียจากกระแสไหลวน (eddy current loss), การสูญเสียจากความต้านทาน (resistance loss), การสูญเสียจากแรงเสียดทานเชิงกล (mechanical friction loss) เป็นต้น

4. วงจรและระบบควบคุม

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังทั้งหมดมีการใช้พลังงานของตนเอง และสายเคเบิลก็มีการสูญเสียพลังงานจากความต้านทานเช่นกัน

การส่งกำลังผ่านเกียร์: ความสัมพันธ์สามเหลี่ยมของ "ความเร็ว – แรงบิด – พลังงาน"

นี่คือหลักการทางฟิสิกส์ข้อสำคัญที่พิสูจน์ความเป็นไปไม่ได้ของ "เครื่องกำเนิดพลังงานฟรี" :

1. หลักการอนุรักษ์พลังงาน

- โดยไม่พิจารณากระบวนการชั่วคราวสั้นๆ แล้ว ในระบบส่งกำลังแบบคงที่ (steady-state transmission) พลังงานเชิงกลที่ปลายทางเข้าของเกียร์จะมีค่าใกล้เคียงกับพลังงานเชิงกลที่ปลายทางออกของเกียร์ (หลังหักล้างการสูญเสียจากแรงเสียดทาน)

- พลังงานเชิงกล (P) = โมเมนต์บิด (T) × ความเร็วเชิงมุม (ω)

- เฟืองสามารถเปลี่ยนอัตราส่วนระหว่างโมเมนต์บิดกับความเร็วได้ แต่ไม่สามารถเพิ่มพลังงานรวมทั้งหมดได้

2. ต้นทุนของการเพิ่มความเร็วด้วยเกียร์

เมื่อเกียร์เพิ่มความเร็วขึ้นเป็น N เท่า (ระบบส่งกำลังแบบเพิ่มความเร็ว) โมเมนต์บิดที่ปลายทางออกจะลดลงเหลือประมาณ 1/N ของโมเมนต์บิดที่ปลายทางเข้า ตรงกันข้าม สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า เพื่อขับเคลื่อนเกียร์ที่เร่งความเร็วนี้ มอเตอร์จะต้องให้โมเมนต์บิดที่สูงขึ้นเป็น N เท่า เพื่อเอาชนะโมเมนต์บิดที่ต้านทานซึ่งเกิดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่กำลังเร่งความเร็ว

- โมเมนต์บิดของมอเตอร์ไฟฟ้าแปรผันโดยตรงกับกระแสไฟฟ้า: T_motor = K×I (โดยที่ K คือค่าคงที่ของมอเตอร์)

- กล่าวคือ การเพิ่มขึ้นของความเร็วในการหมุนของเกียร์จะทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมอเตอร์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้สูญเสียพลังงานจากความต้านทานของสายทองแดง (I²R) ในมอเตอร์เพิ่มขึ้นแบบกำลังสอง จึงลดประสิทธิภาพโดยรวมลงอย่างมีนัยสำคัญ

3. การวิเคราะห์การจำลองการไหลของพลังงาน

สมมุติว่าเป็นระบบที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งไม่พิจารณาการสูญเสียใดๆ ทั้งสิ้นชั่วคราว:

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องหมุนด้วยความเร็ว 1,000 รอบต่อนาที และใช้แรงบิด 10 นิวตัน-เมตร เพื่อผลิตไฟฟ้า ดังนั้น กำลังที่ต้องการคำนวณได้จากสูตร: P = T × ω = 10 นิวตัน-เมตร × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 วัตต์

หากใช้เกียร์ลดความเร็วอัตราส่วน 1:10 (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน 10 รอบ ขณะที่มอเตอร์หมุน 1 รอบ)

ดังนั้น ความเร็วของมอเตอร์ที่ต้องการคือ: 100 รอบต่อนาที (RPM) และแรงบิดของมอเตอร์ที่ต้องการคือ: 100 นิวตัน-เมตร (N·m) (สูงกว่าแรงบิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถึง 10 เท่า!)

ดังนั้นมอเตอร์ขนาดเล็กทั่วไปที่มีแรงบิดต่ำกว่า 100 นิวตัน-เมตร จะทำงานหนักเกินขีดความสามารถอย่างรุนแรง และประสิทธิภาพอาจลดลงจาก 90% จนต่ำกว่า 50%

การคำนวณประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องกำเนิดพลังงานฟรี

สมมติว่าใช้ชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพสูงสุดที่มีจำหน่ายในตลาด ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานจะมีดังนี้:

- มอเตอร์ไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง: 95%

- ระบบส่งกำลังผ่านเกียร์ประสิทธิภาพสูง: 98%

- ประสิทธิภาพสูง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า : 95%

ประสิทธิภาพรวม = 0.95 × 0.98 × 0.95 ≈ 88.5%

ซึ่งหมายความว่า สำหรับพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าจำนวน 100 หน่วย จะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าออกได้สูงสุดเพียง 88.5 หน่วย เกิดการสูญเสียสุทธิ 11.5 หน่วย ในผลิตภัณฑ์จริง ประสิทธิภาพของแต่ละชิ้นส่วนมักต่ำกว่านี้ และประสิทธิภาพรวมอาจลดลงเหลือเพียง 60%–70% เท่านั้น ซึ่งบ่งชี้ว่า สำหรับพลังงานที่ป้อนเข้า 100 หน่วย จะสามารถผลิตพลังงานออกได้เพียง 60–70 หน่วยเท่านั้น ส่งผลให้ "ระบบเครื่องกำเนิดพลังงานฟรี" ดังกล่าว แท้จริงแล้วเป็นระบบที่บริโภคพลังงานอย่างต่อเนื่อง ไม่ใช่สร้างพลังงานขึ้นมา

ข้อความที่ทำให้เข้าใจผิดทั่วไป

1. แม่เหล็กถาวรสามารถจัดหา "พลังงานฟรี" ได้

แท้จริงแล้ว สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรไม่ได้ทำงานในระหว่างกระบวนการผลิตพลังงาน แต่ทำหน้าที่เพียงเป็นตัวกลางในการแปลงพลังงานเท่านั้น พลังงานแม่เหล็กไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ด้วยตนเอง ขณะหมุน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะประสบกับแรงต้านแม่เหล็ก และจำเป็นต้องมีการป้อนพลังงานอย่างต่อเนื่องเพื่อเอาชนะแรงต้านนี้

2. เฟืองสามารถเพิ่มพลังงานได้

เฟืองสามารถเปลี่ยนค่าแรงบิดและอัตราความเร็วในการหมุนได้จริง แต่ไม่สามารถเพิ่มพลังงานรวมทั้งหมดได้ ดังที่กล่าวไว้ในส่วนที่สาม การเพิ่มความเร็วในการหมุนของเฟืองนั้นมาพร้อมกับค่าแรงบิดที่ต้องใช้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ซึ่งโดยทั่วไปจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง

3. เมื่อระบบผลิตพลังงานแบบฟรีพลังงานถูกเปิดใช้งานแล้ว จะสามารถดำเนินการได้อย่างอิสระ

แท้จริงแล้ว ความสูญเสียใดๆ ก็ตามจะทำให้ระบบค่อยๆ ช้าลงและหยุดทำงานในที่สุด ในการสาธิตของบริษัทเหล่านี้ อาจมีการนำพลังงานภายนอกอื่นเข้ามาใช้ แต่ไม่ได้แสดงไว้ในภาพถ่ายและถูกซ่อนไว้จากลูกค้า

4. การจัดการค่าที่วัดได้จากส่วนนำเข้าและส่วนส่งออก

ในระหว่างกระบวนการวัด ผู้ค้าเหล่านี้อาจใช้เครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำต่างกัน หรือระบบที่วัดไม่ครบถ้วน (เช่น ละเลยการบริโภคพลังงานของระบบควบคุม) เพื่อหลอกลวงลูกค้า

สรุป

เครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลา (perpetual motion machine) ไม่คำนึงถึงการไหลของพลังงานและการสูญเสียพลังงาน จึงขัดต่อกฎการอนุรักษ์พลังงาน ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้โดยทั่วไปขาดรายงานการทดสอบ และผู้ค้ายังไม่เข้าใจรายละเอียดทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์อีกด้วย

บางครั้งผู้ค้าอาจอ้างว่าตนมีสิทธิบัตรผลิตภัณฑ์เพื่อสร้างความมั่นใจให้ลูกค้าเกี่ยวกับประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม สิทธิบัตรสามารถรับรองเพียงความใหม่ของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ไม่สามารถรับรองความถูกต้องตามหลักวิทยาศาสตร์ได้

ดังนั้น อย่าเชื่อในกลลวงของเครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวร (perpetual motion machine) แต่อย่างใด เมื่อพบผลิตภัณฑ์ลักษณะดังกล่าว ท่านสามารถขอให้ผู้ขายจัดทำรายงานการตรวจวัดพลังงานอย่างครบถ้วนสำหรับการดำเนินงานระยะยาวของผลิตภัณฑ์ในระบบที่ปิดสนิท หากผู้ขายไม่สามารถจัดหามาให้ได้ หรือตอบคำถามอย่างเลี่ยงหนี ก็เพียงพอที่จะบ่งชี้ว่ามีปัญหา

จะปรับปรุงประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานได้อย่างไร?

แม้ว่าเครื่องกำเนิดพลังงานฟรี (free energy generators) จะเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ แต่ก็ยังมีวิธีการที่เป็นไปได้บางประการในการเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน ประการแรก ควรใช้ชิ้นส่วนที่มีอัตราการแปลงพลังงานสูงสุด นอกจากนี้ ยังสามารถลดขั้นตอนการแปลงพลังงานที่ไม่จำเป็นลง เพื่อลดการสูญเสียพลังงานระหว่างกระบวนการแปลง