Энергоинформ / Точка зрения / Патентуемые конструкции вечных двигателей
Патентуемые конструкции вечных двигателей
В 1775 году Французская Академия Наук приняла историческое решение об автоматическом отклонении любых проектов вечных двигателей как заведомо неосуществимых. С тех пор ни один патентный комитет ни одной страны не регистрирует заявки на эти конструкции и не выдает на них патенты. Но изобретатель не был бы изобретателем, если бы не нашёл выхода из этой на первый взгляд безвыходной ситуации. Патенты на вечные двигатели всё же выдаются, но в названии изобретения слова «Вечный двигатель» просто не используются.
Вот несколько известных мне изобретений на самые настоящие вечные двигатели. Патент 211748 (Япония) «Способ подъёма воды с генерированием механической энергии и способ генерирования этой энергии» по классу F03G 7/00, F03B 13/00, F03G 7/04. Патент 4475342 (США) «Способ и устройство для подъёма воды и генерирования энергии с её помощью» по классу F03G 7/04. Патент 4318275 (США) «Система преобразования атмосферной тепловой энергии» по классу F03G 7/04. Патент 2837771 (ФРГ) «Устройство для использования энергии гравитации и геотермальной энергии путём преобразования энергии падающего тела и с применением процесса испарения» по классу F03G 7/00. Все эти конструкции являются вечными двигателями 2-го рода (ВД2) с источником начальной энергии в форме энергии гравитационного поля планеты. Но лишь в одном изобретении (немецком) робко проскальзывает слово «гравитация». Остальные изобретения о гравитации ничего не говорят. Причину такой осторожности я раскрою позже, а сейчас давайте разберём, как работает один из этих ВД2, например немецкий.
Итак, роем шахту глубиной в несколько сот метров (или километров), устанавливаем внизу гидротурбину и заливаем в шахту некоторое количество легкоиспаряемой жидкости, например фреона. Под действием подземного тепла фреон испаряется, пар поднимается к поверхности, здесь он конденсируется по причине более низкой температуры атмосферного воздуха, образовавшийся конденсат падает вниз под действием силы тяжести, приобретает энергию от гравитационного поля и отдаёт её потом гидротурбине, после чего снова испаряется и т.д. Как видно, очень простая конструкция, однако до сих пор никто не спешит воплощать её в металле. И причина такого неинтереса обусловлена вовсе не интригами газонефтяных королей, а обычными законами экономики. Давайте рассчитаем, при какой глубине шахты выделяющаяся на гидротурбине гравитационная энергия будет равна переносимому снизу вверх геотермальному теплу. На испарение фреона тратится тепло Q = mr, где m — масса испарившегося вещества, r — теплота испарения. А при падении жидкости выделяется гравитационная энергия E = mgH, где g — ускорение свободного падения (9.81м/сек), H — высота падения. Приравнивая величины Q и Е друг другу, находим искомую глубину шахты: H = r/g. Фреон имеет теплоту испарения порядка 200кдж/кг. Подставив это значение в формулу, получаем Н = 20.4км. Если глубина шахты будет превышать это значение, тогда выделяемая на гидротурбине гравитационная энергия окажется больше переносимого тепла, в обратном случае она окажется меньше. Ясно, что вырыть шахту глубиной 20.4км, да ещё установить на её дне гидротурбинное оборудование нам вряд ли когда удастся. Если же ограничиться более приемлемыми глубинами в 200 метров, то переносимое к поверхности геотермальное тепло окажется в 100 раз больше выделяющейся на гидротурбине гравитационной энергии. И становится ясно, что мы получим намного больше выгоды, если будем преобразовывать в электричество это переносимое тепло, а не гравитационную энергию. То есть, мы получаем обычную геотермальную станцию на подземном тепле. Вот так расчёты ставят крест на подобной идее ВД2.
Все другие перечисленные мною конструкции ВД2 в целом не отличаются от немецкой. Они улучшают отдельные частные детали, но ничего принципиально нового в идею не вносят. И потому также оказываются экономически невыгодными. Причина такого печального положения дел состоит в том, что все эти конструкции относятся к так называемым открытым схемам, открытым для тепла. В них тепло свободно проходит через установку без задержек. А так как при реальных размерах установки переносимое тепло всегда будет на порядки превышать выделяющуюся гравитационную энергию, то преобразование гравитационной энергии становится невыгодным. Чтобы переломить ситуацию, необходимо установку сделать закрытой для тепла, то есть нужно сделать так, чтобы тепло постоянно крутилось внутри установки, не выходя за её пределы. В этом случае мы сможем загнать внутрь столько тепла, чтобы преобразование выделяющейся в установке гравитационной энергии стало экономически выгодным. И такой способ реализован в так называемой гравитационной электростанции, о которой я буду писать отдельную статью.
А в заключение открою причину, почему изобретатели стараются не упоминать в своих изобретениях слово «гравитация». Дело в том, что ещё в середине 19го века немецкий физик и математик Карл Гаусс доказал следующее положение: суммарная работа при перемещении тела по замкнутому контуру в потенциальном поле равна нулю. Перевожу это с языка физики на человеческий язык: по какой бы сложной и запутанной траектории мы не перемещали материальный предмет в потенциальном поле (гравитационном или электрическом), но когда он возвращается в исходную точку старта, здесь его энергия оказывается в точности равной тому, что имелось в момент начала движения. А если начальная и конечная энергии совпадают, тогда выполненная работа оказывается равной нулю. Следовательно, получить энергию из гравитационного поля невозможно. Этот вывод прекрасно известен всем работникам патентных комитетов, и потому любое изобретение на получение энергии из гравитационного поля отклоняется (сам прошёл через это, когда пытался патентовать свою гравитационную станцию). Поэтому приходится идти на всяческие ухищрения, чтобы не использовать слово «гравитация» в описании изобретения.
Но к нашему счастью (и несчастью патентных комитетов), вывод о невозможности извлечения энергии из гравитационного поля оказывается ошибочным. Сам Карл Гаусс в своём выводе о нулевой работе был прав. Однако очень мало кто замечает, что данный вывод был сделан при одном весьма важном условии, которое никогда явно не оговаривается, но всегда молчаливо подразумевается: перемещение тела по замкнутому контуру происходит в пустоте. Лишь в этом случае отсутствуют побочные эффекты, которые могут кардинально изменить окончательный итог. Если же перемещение тела происходит в некоторой среде, всегда появляется побочный эффект в форме выталкивающей силы Архимеда. Вот она-то и меняет результат.
До тех пор, пока сила Архимеда не меняется, она вносит одинаковый численно, но разный по знаку вклад на восходящей и нисходящей половинах траектории. И эти вклады друг друга взаимно нейтрализуют. Но если сила Архимеда окажется разной на восходящей и нисходящей половинах траектории, тогда вносимые ею вклады оказываются численно разными и друг друга компенсировать уже не могут. Наибольший эффект наблюдается, если на восходящей половине траектории сила Архимеда равна силе тяжести перемещаемого предмета (тогда силы взаимно компенсируются, результирующая сила равна нулю и работа над поднимаемым телом не производится), а на нисходящей половине она намного меньше (в этом случае силы взаимно не компенсируются, результирующая сила не равна нулю и работа над телом производится). И в итоге мы получаем ненулевую работу. А достичь такого положения с изменяющейся силой Архимеда можно изменением плотности тела через процессы его испарения и конденсации. Что и происходит в описанных мною конструкциях ВД2.
Поэтому можно дать такой совет всем будущим изобретателям вечных двигателей 2-го рода на гравитационной энергии: всегда предусматривайте изменение плотности рабочего органа в ходе его движения по контуру. Если же пытаться получить полезный результат без изменения плотностей, то из этого ничего не получится. А при желании запатентовать своё изобретение следует избегать любого упоминания о гравитации и объяснять работу своей конструкции через преобразование тепловой энергии.
С уважением, И. А. Прохоров
