Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое вечный двигатель почему он не существует

Естествознание. 11 класс

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 8. Законы термодинамики и КПД тепловых двигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • Чем ограничен КПД теплового двигателя.
  • Что такое идеальный тепловой двигатель.
  • Как вычислить КПД идеальной тепловой машины.

Аддитивность энтропии – энтропия системы равна сумме энтропий её частей.

Адиабата (адиабатный процесс) – это процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой

КПД теплового двигателя – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Вечный двигатель второго рода – это воображаемое неограниченно долго действующее устройство, позволяющее получать большее количество полезной работы, чем количество сообщённой ему извне энергии.

Идеальный тепловой двигатель – это такой двигатель, в котором все процессы могут быть проведены обратимым образом и так, что в каждый момент его состояние являлось бы равновесным.

Изотерма (изотермический процесс) – это процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре.

Тепловой двигатель – это тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры.

Энтропия – приведённое количество тепла, отнесённое к абсолютной температуре.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1.Естествознание. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., – М.: Просвещение, 2017.: с 53 -58.

2. Элементарный учебник физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том 2. Электричество и магнетизм.–12-е изд. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 480 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Человек в своей повседневной жизни очень часто встречается с физическими явлениями и законами. Неограниченными являются запасы внутренней энергии, которая находится в океанах и земной коре. Человек должен уметь использовать данную энергию, а именно за счёт энергии приводить в действия такие устройства, которые способны совершать работу.

Такие устройства принято называть тепловыми двигателями, которые способны превращать энергию в механическую энергию.

Ещё в III веке до нашей эры, Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара.

Общие черты тепловых двигателей:

1) энергия топлива → механическая энергия.

Происходит превращение во внутреннюю энергию газа или пара, котрые нагреты до высокой температуры.

2) Необходимо наличие двух тел, которые обладают разными температурами (нагреватель и холодильник), а также рабочее тело (пар или газ).

При работе теплового двигателя рабочее тело забирает у нагревателя теплоту Q1 и превращает часть её в механическую энергию А, а ту часть теплоты, которая не перешла в энергию Q2 передает холодильнику. По закону сохранения и превращения энергии A=Q1-Q2

Необходимые условия для работы теплового двигателя:

Виды тепловых двигателей

Основной характеристикой тепловых двигателей является КПД, которое подчиняется первому и второму закону термодинамики (передача тепла происходит от более нагретого тела к менее нагретому).

Коэффициентом полезного действия – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. КПД выражают в процентах:

Qн – теплота, полученная от нагревателя, Дж

Qх — теплота, отданная холодильнику, Дж

Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передается холодильнику, то Т К

Тх — термодинамическая температура холодильника, К.

Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Тн, и холодильником с температурой Тх, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины. Не существует теплового двигателя, у которого КПД = 100% или 1.

Идеальная тепловая машина Карно работает по циклу состоящему из двух изотерм и двух адиабат.

Идеальный тепловой двигатель – это такой двигатель, в котором все процессы могут быть проведены обратимым образом и так, что в каждый момент его состояние являлось бы равновесным.

Современный мир не может обойтись без тепловых двигателей, так как благодаря им человечество имеет:

двигатели для скоростного транспорта;

используются на тепловых электростанциях, приводят в движение роторы генераторов электрического тока;

установлены на всех АЭС для получения пара высокой температуры;

основные виды современного транспорта (на автомобильном- поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном- двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины; на ж/д- тепловозы с дизельными установками; в авиации- поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели).

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Непрерывное развитие энергетики, развитие транспорта, возрастание потребления угля, нефти, газа в промышленности и на бытовые нужды приводит к тому, что количество ежегодно сжигаемого в тепловых двигателях химического топлива возрастает, что и приводит к сложной проблемеохрана природы от вредного влияния продуктов сгорания.

При сжигании топлива происходит следующее:

  1. используется кислород из атмосферы, а следовательно содержание кислорода в воздухе постоянно уменьшается.
  2. выделение в атмосферу углекислого газа, что приводит к парниковому эффекту.
  3. загрязнение атмосферы азотными и серными соединениями, которые оказывают вред флоре, фауне и здоровью человека.
  4. проблема захоронения радиоактивных отходов атомных станций.

Для охраны окружающей среды необходимо обеспечить:

  1. эффективную очистку выбрасываемых в атмосферу отработанных газов;
  2. использование качественного топлива и создания условий для полного его сгорания;
  3. повышение КПД тепловых двигателей за счет уменьшения потерь на трение и полного сгорания топлива и др.
Читать еще:  В чем отличие автомата защиты двигателя от обычного

В настоящее время рассматривается использование водорода в качестве горючего, так как при сгорании водорода образуется вода, также проводятся исследования по созданию электромобилей, которые в скором времени будут способны заменить автомобили с бензиновым двигателем.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Тепловой двигатель за один цикл получает от нагревателя 100 кДж теплоты и отдает холодильнику 60 кДж. Чему равен КПД этого двигателя (%)?

Задание 2. Расположите в хронологическом порядке появление тепловых двигателей:

Бесплатное отопление: миф или реальность

Наше отношение к теме получения дорогой энергии можно выразить тремя фразами:

  • Никогда не верьте.
  • Полная ерунда.
  • Бегите, как только услышите, что КПД системы больше 100%.

Истории с примерами систем, у которых КПД якобы выше 100%, вы можете в изобилии найти в интернете. Авторы грешат одним большим недостатком. Они рассказывают, что КПД у них больше 100%, но откуда это берется, они не объясняют и никаких экспериментальных данных не приводят.

Вечный двигатель

Приведем показательный пример. Некий великовозрастной дядечка изобрел котел, состоящий из двух труб: одна короткая, одна длинная. В короткой трубе у него стоит ТЭН мощностью 1 киловатт, а в длинной трубе, путем каких-то волшебных преобразований, с вращением воды, мощность возрастает до 3 или 4 киловатт. Он пытается объяснить, откуда это берется и пользуется такими терминами, как «космический вакуум», «флуктуация», «спин-вращение». Он нисколько не смущается, что «спин» и «вращение» — это одно и то же слово. Если бы он поставил 2 термометра на свой котел, то все его объяснения сразу бы оказались никчемными и ненужными. Почему? Потому что сейчас даже школьник понимает, что вечного двигателя не существует. А любая система, которая вырабатывает энергии больше, чем затрачивает, это и есть вечный двигатель.

В 1775 году Парижская Академия наук перестала рассматривать проекты вечного двигателя. Вечный двигатель нарушает первое и второе начало термодинамики . Невозможна такая система, которая потребляет энергии больше, чем затрачивает. Невозможна бесконечная передача тепла от более холодных тел к более горячим.

КПД

Если где-то вам говорят, что КПД больше 100%, можете сразу выключать, закрывать и уходить, это полная ерунда. КПД не может быть равен даже 100%. Это запрещено законами физики.

Наше желание получить что-то задаром велико, этим пользуется недобросовестная реклама. Где вы еще можете увидеть КПД больше 100%? В котлах конденсационных газовых. Они пишут, что КПД котла равен 107%. Если существует такой волшебный котел, у которого КПД 107%, зачем нам подключать к нему газ? Пусть у нас будет не 100%, а будет только 7% без подключения газа, которые нам этот волшебный котел дает. Попробуйте задать вопрос тому, кто продает вам котел с КПД 107%. Скорее всего, что вам ничего не объяснят.

А объяснение тут простое. Дело в том, что КПД котлов газовых, например, 93% или 96%, на самом деле, составляет не больше 70%. Почему? Потому что КПД считают по низшей теплоте сгорания топлива . Это означает, что у нас часть тепла уходит в дымоход с парами, которые имеют какую-то температуру. Конденсационный котел эти пары может охлаждать, забирать у них тепло. Когда он забирает у них тепло, они конденсируются, поэтому котел называется конденсационный.

А дальше всё очень просто. КПД обычного котла принимается за 100%, соответственно, КПД конденсационного котла больше, чем 100%. То есть это такая уловка.

Даровая энергия

Здесь нужно обратить внимание на одно обстоятельство. Есть вечный двигатель, который работает на несуществующей энергии, а есть энергия даровая, она имеет место, но всегда есть сложность эту энергию получить. Где мы можем видеть пример такой энергии? Гидроэлектростанция. Вода падает вниз, приводя в движение турбину генератора. Откуда берется энергия падающей воды? Легко. Солнце испаряет воду, и эта вода оказывается в истоках реки. Это не вечный двигатель, это, так называемая, даровая энергия. Даровую энергию мы можем взять от солнца, от ветра и из недр земли. Как мы это можем сделать, будет сказано в другой статье. Сейчас мы эту тему раскрывать не будем, она довольно большая.

Наш совет

В заключение скажем, нет никаких способов получить энергию задаром . Если вам об этом где-то рассказывают, это не больше, чем сказка. Самым правильным будет послушать, улыбнуться и придумать, где взять деньги на настоящую энергию: на газ, солярку, сжиженный газ, дрова и так далее.

Вечный двигатель. Теория заговора

Есть в природе такая закономерность – любая замкнутая система стремится к состоянию покоя. Вот и человечество, находясь в замкнутом пространстве матери-Земли, тоже стремится к покою. Вот бы всё само делалось! А мы бы лежали на печи в состоянии покоя. Захотели поесть – раскатали скатерть-самобранку, сгонять к соседям – обули сапоги-скороходы, в столицу развеяться – ковёр-самолёт тут как тут. Не жизнь, а сказка! Но есть одна маленькая проблема – печку топить надо, а для этого лес рубить, дрова колоть. Никакого покоя.

Читать еще:  Горит лампа давления масла на прогретом двигателе ауди

Кто первым обрисовал данную проблему, доподлинно неизвестно, но записал её впервые индийский поэт, математик и астроном Бхаскара. Вероятно, прохладной индийской ночью, лежа на печи и считая от нечего делать звёзды, именно он стал создателем первого в человеческой истории проекта вечного двигателя, а заодно и инструкцию к нему в стихах написал. Проект был прост, как всё гениальное, но то ли звёзды не так сложились, то ли руки у поэта-астронома росли не совсем из того места, из которого они выросли, к примеру, у Кулибина, но девайс так и остался на бумаге, ибо никаких сведений о его запуске в опытно-промышленную эксплуатацию до нас не дошло. Зато информация о проекте быстро распространилась среди современников Бхаскары и на долгие века выстроила в очередь к славе страждущие покоя лучшие умы человечества.

Среди авторов попыток довести проект до логического завершения были замечены Леонардо да Винчи, Иоганн Бесслер, Джузеппе Дзамбони, а также сотни менее известных, но не менее стремившихся к покою личностей. Но никому из них не удалось достичь результата. Стало очевидно, что в рамках известной теории достичь его невозможно, что и было доказано известными учеными. Казалось бы, на этом можно ставить точку, но…

Механика Ньютона, на базе которой были построены первые модели вечных двигателей, давно перестала считаться всеобъемлющей, и рассматривается как частный случай квантовой механики, в основу которой положена теория относительности Эйнштейна. Последняя сейчас тоже не считается истиной в последней инстанции, ибо в ней заложена космологическая постоянная, физического объяснения которой до сих пор нет. Есть теории, разлагающие её на темную материю и темную энергию, есть теория струн… Близится время, когда мы скажем определенно: теория относительности – всего лишь частный случай основ мироздания, и, кто знает, может быть в этой теории найдется место и вечному двигателю, или уже нашлось?

События, происходящие в последнее время, заставляют задуматься. Запреты на регистрацию проектов вечного двигателя, введенные в разных странах за последние пару сотен лет, попахивают святой инквизицией – не трогай Бога! А отношение властей к расходованию природных энергоресурсов практически не оставляет сомнений в том, что вечный двигатель давно существует, только тщательно скрывается от нас. Ведь это разрушит мировой порядок. Если еще в середине прошлого века проводились расчеты, на сколько же нам хватит оставшихся запасов, то сейчас создается впечатление, что эти запасы нужно скорее продать, пока они ещё хоть что-то стоят. Поэтому пусть он пока полежит в чулане, этот вечный двигатель.

Проблема вечного двигателя так или иначе преобразуется в наше время в проблему альтернативных источников энергии. Когда нефть закончится, мы должны будем иметь в запасе новый источник получения энергии, будь то Солнце, ветер, темная энергия, черные дыры или старый добрый Perpetuum Mobile.

Евгений ДМИТРИЕВ, журналист, Москва — эксклюзивно для журнала # prime TIME

© 2018-2021 ООО «Прайм Тайм»: ОГРН 1186313063386, ИНН 6321449409, Адрес редакции: 445051, г. Тольятти, ул. Полякова, 30, 2 этаж

СМИ Журнал «#primeTIME — лучшее время» зарег. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций, св-во ПИ № ФС 77-74112

Газета ЗАО МПО «Электромонтаж»

Газета «МПО ЭЛЕКТРОМОНТАЖ» январь 2013

В номере

Акцент

  • Basic55: практичность, стиль, надёжность

Да будет свет

  • Большие компактные лампы

Инструмент

  • Наборы электрика
  • Пилите, Шура… напиливайте!

Коротко

  • В Кремле сэкономят на электричестве

Актуальная покупка

  • Нагревательные маты Devi

Автоматика

  • Сумеречные выключатели (фотореле)

Новинки ассортимента

  • Твердотельные реле KIPPRIBOR

Внимание к деталям

  • Шины на все сезоны
  • Плавкая безопасность

Управление цепями

  • Контакторы АВВ серии AF

Известная марка

  • Новинки Интерскол

Прошлое больших открытий

  • Вечный двигатель

Мой город

  • На берегах Европы и Азии
Архив газеты по годам
Все статьи по рубрикам газеты

Вечный двигатель

В прошлом году, в период разнузданной подготовки к концу света, СМИ были взбудоражены ещё одной сенсационной вестью: в инновационном центре Сколково, в рамках десятилетнего юбилея международной премии Глобальная энергия, при участии двух Нобелевских лауреатов, десятка отечественных и зарубежных академиков, и просто выдающихся учёных из 9 стран состоится дискуссия о перспективах создания вечного двигателя с демонстрацией конкретных проектов.

Но ведь perpetuum mobile, производящий полезной работы больше, чем сообщаемая ему энергия, принято считать невозможным — в силу противоречия уже известному нам закону сохранения и превращения энергии.

Может, в Сколково решили, что мы накануне каких-то открытий, которые «разрешат» вечное движение? Удалось же, как официально сообщили учёные ЦЕРН, на Большом адронном коллайдере разогнать нейтрино быстрее скорости света — вопреки специальной и общей теориям относительности Эйнштейна!

Между тем, изобретатели игнорируют запреты теорий и творят проекты если не повергающие их, то хоть приближающиеся к осуществлению недостижимого. Ни одна Академия наук не признаёт вечных двигателей. Но в Международной патентной классификации имеются разделы для них, поскольку заявки рассматриваются с точки зрения научной и технологической новизны, а не практической осуществимости — а порой предлагаются интересные, реальные конструктивные решения, способы снижения энергопотерь, новые материалы.

Давайте посмотрим некоторые из них.

Самые примитивные и абсолютно неработоспособные — системы, где электродвигатель приводит во вращение генератор, энергия которого идет на питание двигателя и, одновременно, внешних потребителей. Вариант: маломощный мотор движет генератор большой мощности с помощью умножителя мощности, например, гидравлического пресса.

Читать еще:  Автомобили с каким двигателем имеют больший запас хода

Модели, использующие взаимодействие электрического, магнитного и гравитационного полей, конечно — не вечный двигатель, но некоторые реально работают некоторое время.

Генератор А. Хаббарда — вокруг центрального электромагнита расположены катушки, в которых после первичного импульса поочередно возникают импульсы, генерирующие в центральной катушке вращающееся магнитное поле, инициирующее последующее самовозбуждение всей системы.

Л. Дж. Гендершот построил генератор, использующий «ток Земли» при правильной ориентации относительно земного магнитного поля (наилучшие результаты в направлении север-юг).

Конвертор Г. Колера из постоянных магнитов с катушками и двух соленоидов, вложенных один в другой, запускается их смещением относительно друг друга. Мощность, потребляемая нагрузкой, намного превышает мощность, потребляемую устройством от батарей. Предполагается, что источником энергии является магнитная система.

Двойной соленоидальный генератор японского ученого Ш. Сеика на основе электрического эквивалента ленты Мёбиуса с диском из специального сплава и ферритовым блоком. На вход подаётся трёхфазное напряжение, создающее вращающееся электромагнитное поле — на выходе наблюдается постоянное увеличение потенциала (от 3 В до 40 В за 3 месяца), которое автор объясняет поглощением энергии гравитационного поля Земли.

Т. Браун получил патент на тележку, которая развивала скорость 600 миль в час, используя энергию электрического поля в 2 000 электронвольт.

В 1990 году американец Ф. Свит изобрёл «вакуумный триодный усилитель» на бариевых магнитах, генерировавший мощность до 50 кВт. При работе системы Флойд отмечал антигравитационный эффект — уменьшение её веса, и охлаждение магнитов. Источником энергии он назвал некое интенсивное некогерентное излучение, которое существует в любой точке Вселенной.

Многие проекты содержат идеи вращения роторов электрического двигателя постоянными магнитами, вращающегося магнитного экрана, магнитного отталкивания постоянных магнитов, конструкций с внешним магнитным ротором и центральным статорным электромагнитом.

Группа товарищей написала новые законы электродинамики, в том числе Правило Черногорова-Скомороха-Тришина: «Электромагнитные двигатели, в которых момент вращения определяется силами Кулона при взаимодействии магнитных полей полюсов системы, расположенной на роторе, с магнитными полями полюсов системы, расположенной на станине, называются двигателями с системой взаимодействия. Такие двигатели принадлежат к необратимым двигателям, поскольку у них полностью отсутствует противо ЭДС и с них невозможно получить генераторы» — это цитата. Далее: «Можно построить непрерывно действующую электрическую машину, которую один раз запустив, выполняла бы работу без получения энергии извне. Это не противоречит законам Кулона и правилу Черногорова-Скомороха-Тришина».

В области радиотехники и электроники разработана идея резонансного вечного двигателя, основанная на использовании энергии резонирующего колебательного контура (индукционная катушка и конденсатор), возбуждённого частотой, равной его собственной, для стабилизации амплитуды и частоты его колебаний, тем самым сделав его независимым от внешних источников.

Наиболее смелым в электроперпетууммобилестроении надо признать проект, согласно которому, под воздействием особых электромагнитных полей физический вакуум, подобно воде или воздуху, будет двигаться и вращать турбинку, а если присоединить к турбинке электрогенератор, то вырабатывать электроэнергию в 50–100 раз больше, чем было затрачено вначале. Авторы уже готовы организовать продажу вакуум-генераторов мощностью 100 кВт в шкафчике 2×0,7×0,7 м по цене 6000 евро. (Философы и физики, пока на давшие определения физическому вакууму, в рабочем порядке считают его просто состоянием материи, явившимся первоосновой мира).

Очень интересны, в смысле вечного движения, перспективы сверхпроводниковой (СП) энергетики. Полученные в СП электромагнитах поля сверхмощны, сверхмощные СП трансформаторы сверхкомпактны. Изобретены работающие при СП управляющие и запоминающие приборы для сверхскоростных систем. СП используется в ЯМР-томографах, накопителях энергии, установках для идеальных магнитного и радиационного экранирования, в Большом адронном коллайдере.

Коль скоро при температуре, близкой к абсолютному нулю (-273,16 °C), сопротивление некоторых металлов (их 24, и более тысячи сплавов) падает почти до нуля, в электрической цепи ток при отключении от источника питания продолжает протекать в течение нескольких дней — при поддержании этой температуры. А недавно открыты сверхизоляционные свойства некоторых… сверхпроводников. Так если по контуру из сверхпроводника ток может бегать бесконечно, а сверхизолятор бесконечно будет хранить запасённый в нём заряд, то и получится вечный двигатель! Правда, нужен вечный охладитель.

Кстати, а что такое — вечный? Мы же можем говорить только о каком-то, пусть большом, периоде, в котором действуют конкретные физические условия…

А Международная энергетическая неделя в Сколково, действительно, проходила, собирался весь цвет российской и международной науки, действительно, состоялась бурная дискуссия: российские ученые твёрдо настаивали на развитии атомной энергетики, а европейцы — на использовании энергии ветра, солнца и биотехнологий. И ни слова о perpetuum mobile, невозможность которого, в рамках нынешних представлений о времени, пространстве, веществе и энергии — действительно большое открытие (как и заявляет наша рубрика). Видимо, утку в СМИ запустил кто-то из Сколковских пиарщиков, как когда-то майя пошутили насчёт конца света.

Что же касается недостижимых целей — они вечно были, есть и пусть будут. А жажда одолеть неподвластное — и упрямство, проявленные на пути к ним — порой приближают нас к новым большим открытиям.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector