Энергоинформ / Точка зрения / Как работает кольцар Лазарева и другие вечные двигатели
Как работает кольцар Лазарева и другие вечные двигатели
В науке принято разделять всё семейство вечных двигателей на два больших рода или класса: первого и второго. Вечный двигатель 1-го рода (сокращённо ВД1) — это такая машина, которая производит энергию в самом прямом смысле слова из пустоты, из «ничего». Её существование запрещается законом сохранения энергии или первым началом термодинамики, что одно и то же. Подавляющее большинство учёных согласно с таким запретом (хотя я встречал и таких чудаков, которые отвергают закон сохранения энергии). Вечный двигатель 2-го рода (ВД2) получает энергию из окружающей среды и преобразует её в полезную работу (электричество или тепло) с эффективностью 100%, что и отличает его от обычных двигателей на природной энергии, преобразующих данную энергии в полезную работу с кпд менее 100%.
Считается, что существование ВД2 запрещается вторым началом термодинамики, но не все учёные с этим согласны. Чаще всего они приводят в своё оправдание тот факт, что термодинамика является наукой о теплоте и потому может что-то запрещать или разрешать лишь относительно тепловых процессов. Но окружающая среда имеет не только тепловую энергию, в ней имеются также и другие формы энергии: гидравлическая, химическая, ядерная, гравитационная, совсем недавно признанная так называемая тёмная и многие иные. Так может быть, мы окажемся в состоянии построить ВД2 на этих формах энергии окружающей среды, которые отличны от тепла?
Не буду утомлять читателя ходом своих рассуждений, а сразу сообщаю полученный результат. Мне удалось выяснить, что ВД2 можно построить на таких формах энергии окружающей среды, носитель которых имеет невещественную природу: это полевые энергии (гравитационного поля, электрического, магнитного) и тёмная энергия, которую многие учёные считают идентичной энергии физического вакуума. Но все старые известные нам формы энергии, носитель которых имеет вещественную природу (гидравлическая — молекула воды, химическая — электрон, ядерная — осколок деления уранового ядра) для нашей цели не годятся. И что самое интересное, некоторые из таких ВД2 уже давно построены и достаточно широко известны. Прежде всего, это так называемый кольцар Лазарева, информация о котором появилась в журнале «Химия и жизнь» ещё в 70х годах прошлого века.
Лично я нашёл информацию о таком двигателе в статье Лихачёва «Как построить вечный двигатель своими руками», опубликованную в журнале «Юный техник» за 1997год, 11. Похожий двигатель также описывал Альберт Вейник в своей книге «Термодинамика реальных процессов». Я пришёл к идее такого двигателя самостоятельно ещё до того, как прочитал статью Лихачёва и книгу Вейника, хотя построил позже. А эти статьи послужили мне доказательством того, что я нахожусь на правильном пути. Лихачёв и Вейник пытались объяснить работу двигателя нарушением второго начала термодинамики. Мне кажется, что они в этом вопросе ошибались, и никакого нарушения термодинамики здесь не происходит, а работает гравитационное поле.
Берём обычную пластмассовую колбу от кваса, фанты, кока-колы и разрезаем её на две половинки: нижнюю и верхнюю. В нижней половинке устанавливаем деревянную перегородку, сделанную из лиственных пород (если делать из хвойных пород, работать будет много хуже). Волокна в перегородке обязательно должны идти в вертикальном направлении снизу вверх. В перегородке должно быть отверстие с затычкой. Также должна быть тонкая трубка, идущая с самого низа колбы через перегородку в верхнюю часть. Все места между трубкой и деревом, между деревом и колбой необходимо надёжно уплотнить, чтобы воздух не мог проходить даже сквозь самые маленькие щели. Открываем затычку и наливаем в нижнюю часть колбы столько легкоиспаряемой жидкости, чтобы самый нижний срез трубки находился уже в жидкости, но при этом уровень жидкости не достигал дерева. То есть необходимо сохранить воздушную прослойку между деревом и жидкостью. Закрываем плотно отверстие затычкой, наливаем немного этой же жидкости на дерево сверху и плотно насаживаем верхнюю половину колбы на нижнюю. Ставим конструкцию в тёплое место и ждём. Через некоторое время (может пройти от нескольких минут до нескольких дней в зависимости от используемой жидкости и температуры окружающей среды) из трубки сверху начнёт капать жидкость.
Я объясняю работу этой конструкции следующим образом. Жидкость проходит через древесные капилляры сверху вниз и тогда воздушная прослойка под деревом оказывается со всех сторон окружена жидкостью. Под действием окружающего тепла жидкость начинает в это прослойку испаряться и сверху и снизу. Но одновременно с испарением начинается конденсация уже испарившихся паров обратно в жидкость. Через некоторое время наступает равновесие, когда количество испарившихся молекул равно количеству сконденсировавшихся. Если никакая посторонняя сила на молекулы пара не действует, тогда каждая молекула имеет одинаковую вероятность уйти обратно в жидкость как вниз, так и вверх. Но если действует посторонняя сила (гравитация), тогда на беспорядочное броуновское движение паровых молекул накладывается их медленный дрейф в сторону этой силы. И каждая молекула приобретает большую вероятность сконденсироваться вниз, чем вверх. Если, скажем, из верхнего и нижнего слоёв жидкости поступило в пар по 100 молекул, то назад на нижний уровень уйдёт 101 молекула, а на верхний уровень уйдёт 99. Иными словами, начинается медленный переток жидкости через паровоздушную прослойку вниз под действием силы тяжести. Уровень жидкости под деревом поднимается, давление воздуха растёт, он выталкивает жидкость в трубку и та через трубку поступает в верхний отсек. А потом снова просачивается через капилляры, испаряется, проходит через воздушную прослойку, конденсируется и т.д. Так происходит круговорот жидкости в установке. Если установить под падающими из трубки каплями колёсико, оно начнёт вращаться.
Здесь происходят одновременно два процесса: перенос вещества гравитацией сверху вниз и перенос тепла теплопроводностью снизу вверх. Преобладание конденсации над испарением на нижнем уровнем паровоздушной прослойки увеличивает температуру в этом месте. А преобладание испарения над конденсацией на верхнем её уровне уменьшает температуру. Возникает разность температур и тепловой поток снизу вверх, который испаряет новые порции жидкости сверху. Если вкрутить в нижнюю поверхность дерева многочисленные металлические болты так, чтобы их головки находились в жидкости, тогда тепло будет передаваться не через паровоздушную смесь низкой теплопроводности, а через металл высокой теплопроводности. Это интенсифицирует передачу тепла и весь процесс испарения-конденсации. Мои расчёты показали, что если занять металлом всего лишь 10% поверхности дерева, процесс интенсифицируется в 280 раз. Так что если кто захочет построить кольцар, пусть не поленится вкрутить в дерево как можно больше металла.
Ещё один способ улучшения работы установки состоит в полном удалении воздуха из прослойки под деревом, так чтобы здесь оставался один лишь пар (то есть надо сделать прослойку чисто паровой). Дело в том, что воздух будет увлекаться паровым потоком и накапливаться на нижнем уровне жидкости. Увеличение его парциального давления в этом месте означает уменьшение парциального давления пара, и тогда температура конденсации падает. Значит, снижается температурный напор через паровоздушную прослойку и установка работает хуже. Для удаления воздуха надо сделать специальную трубку из воздушной прослойки через стенку колбы наружу и ещё до начала работы слегка нагреть нижнюю часть колбы. Тогда жидкость будет испаряться и пар станет через трубку выходить наружу, увлекая с собой воздух. Через некоторое время воздуха в прослойке не останется.
Я в качестве жидкости использовал вначале фреон. И он работал очень даже неплохо, капли начинали капать из трубки в верхнем отсеке уже через полчаса после окончания сборки. Но у фреона оказался необычный побочный эффект. Пластмасса колбы при контакте с ним стала помаленьку съёживаться и за ночь колба ужалась чуть ли не вдвое. В такой колбе уже ничего не работало, пришлось её выбрасывать и делать всё заново. Поэтому потом я перешёл на обычный бензин. Он работал намного хуже фреона, но пластмасса от него не коробилась. Установка с бензином начинала работать в 3-4 часа дня, когда температура летнего дня поднималась до 40 градусов, и работала до тех пор, пока держалась такая температура. А потом останавливалась и начинала работать снова лишь на следующий день. Такая особенность может привести к ошибочному мнению, будто здесь преобразуется тепло окружающей среды, и как раз такой вывод сделали Лихачёв с Вейником. На самом деле окружающее тепло служит всего лишь своеобразным аккумулятором для запуска в работу (мы в машине тоже для запуска мотора используем аккумулятор). Чем больше будет окружающая температура, тем больше испарится жидкости в самом начале работы и тем эффективнее установка будет действовать. А при низкой температуре самого начального испарения не происходит и установка не работает.
Конечно, мощность такой установки настолько мала, что никакого практического применения от неё ждать не стоит. Она может послужить лишь наглядным доказательством того факта, что вечный двигатель второго рода построить можно. Это будет ВД2 на энергии гравитационного поля планеты. При этом не стоит ожидать, что модернизация кольцара или простое увеличение его размеров позволят построить экономически окупаемый двигатель. Кольцар и все его разновидности всегда будут характеризоваться очень низким отношением мощность/масса. Настолько низким, что на изготовление деталей кольцара придётся тратить заметно больше энергии, чем он сам сможет выработать за весь срок стандартной эксплуатации, исчисляемой в 30 лет. Дело в том, что для работы кольцара необходим перепад давлений и температур через паровоздушную прослойку. И создаётся этот перепад самой гравитацией. Но гравитационное поле нашей планеты отличается недостаточной интенсивностью, чтобы создать достаточно высокий перепад. Например, в моём кольцаре перепад давлений был около 10н/кв.м. А в так называемой гравитационной электростанции перепад давлений создаётся компрессорами и достигает 230-250 н/кв.м. Ясно, что гравитационная станция покажет намного более лучший результат по сравнению с кольцаром. Но что именно представляет из себя гравитационная электростанция — я буду писать в следующей статье.
С уважением, И. А. Прохоров
