Пример 8. Логическая модель ВДПР.
Рассмотрим две параллельные плоские металлические пластины, одна из которых неподвижна в заделке, а вторая может перемещаться с изменением зазора между пластинами, см. Приложение 1. В начальный момент пластина 2 находится на отметке зазора 100м и зафиксирована стопором. Первый раз сообщим пластинам, образующим плоский конденсатор, разноименные равные электрические заряды. После зарядки пластины будут притягиваться с силой Fк кулоновского взаимодействия. Пластины находятся в вакууме, утечки зарядов нет, поэтому задарная сила Fк будет действовать сколь угодно долго, всё время совершая работу по поддержанию в упруго деформированном состоянии непосредственно узла стопора и всей конструкции в целом.
При освобождении стопора сила Fк заставит пластину 2 приближаться к первой пластине. Конструктивно ограничим такое перемещение пластины 2 величиной в один метр, т.е. до отметки 99м. Преобразуем это перемещение пластины 2 во вращение ротора генератора, который выдаст электрическую энергию Wо=UIt , для примера равную :
Wо = 1000 Вт х 10 сек = 10 кДж .
Энергия Wо в принципе может быть направлена на питание внешних потребителей электрической энергии. При этом с зарядами пластин ничего не происходит, и задарное кулоновское притяжение сохраняется даже по значению. Возражение старой энергетики, что первая порция энергии Wо получена за счет первоначальной зарядки конденсатора на отметке 100м, а не благодаря совершённой работе силы Fк до отметки 99м, пока еще выглядит похожим на правду.
Для повторного генерирования энергии Wо=UIt пластина 2 сперва должна быть возвращена на отметку 100м. В описанных условиях требуется создать логическую модель Вечного двигателя первого рода ( ВДПР ) .
Старая энергетика.
В рамках старой энергетики ВДПР невозможен не только технически, но даже как думают формалисты логически, исходя из закона сохранения энергии. Самые простые решения в основной здесь задаче возвращения пластины 2 на отметку 100м - действительно подтверждают позицию старой энергетики.
Первое решение. Вернем пластину 2 на отметку 100м с помощью противоположной незадарной силы Fн , которая хоть на чуть-чуть, но должна быть больше модуля силы Fк , или должна быть равной модулю Fк с учетом действия сжатой возвратной пружины в Приложении 1. Как ни записывай требуемую работу силы Fн (Aн=FнS по старой энергетике, или Aн=Fнt по новой энергетике) - даже при отсутствии любых потерь работа Ан будет чуть больше или равна энергии Wо, полученной ранее благодаря действию силы Fк. Т.е. вся энергия Wо (да еще с добавкой на покрытие потерь) уйдет на возвращение пластины 2 на отметку 100м, и о питании внешних потребителей говорить уже не приходится.
Второе решение. Можно разрядить рабочий конденсатор Ср из наших пластин через омическое сопротивление или лучше - через двигатель постоянного тока, вращающий ротор дополнительного электрического генератора с накопителем электрической энергии, чтобы не совсем бесполезно пропала целиковая энергия Wц конденсатора Ср, которая в сто раз больше энергии Wо. После исчезновения зарядов пластин и обнуления силы Fк (заметьте, ничего подобного даже этому нельзя было бы сделать с силой тяжести рабочего тела в смысле ВДПР) – разжимающаяся возвратная пружина потянет шток пластины 2, см. Приложение 1. Шток прокрутит зубчатое колесо при свободном обратном ходе храпового механизма, т.е. без вращения ротора основного генератора. Тем самым, пластина 2 задаром окажется в исходном положении на отметке 100м.
Но для нового рабочего хода пластины 2 до отметки 99м - необходимо предварительно на отметке 100м снова полностью зарядить конденсатор Ср. На это потребуется электрическая энергия не менее Wц , на что из-за потерь естественно не хватит даже возможно максимально сохраняемой энергии от предшествующей разрядки конденсатора Ср в сумме с энергией Wо. Таким образом, второе решение также не ведет к созданию хотя бы логической модели ВДПР.
Новая энергетика.
Новая энергетика не ставит теоретических энергетических преград на пути к ВДПР. Требует ответа лишь вопрос : существуют ли в материальном мире явления, использование которых в конструктивных решениях на деле приводило бы к истинному ВДПР? Ответ на данный вопрос положительный : да - такие явления существуют, и к их числу в первую очередь относятся многообразные электромагнитные явления. Доказательства этого утверждения представлены ниже применительно к Примеру 8 и в последующих разделах.
Список решений, уже проанализированных выше, продолжает третье решение, с помощью которого действительно удается вплотную приблизиться к окончанию построения логической модели ВДПР. Рабочий конденсатор Ср из пластин 1 и 2 на отметке 99м можно разрядить путем ответной зарядки такого же вспомогательного стационарного конденсатора Св , расположенного в стороне. Для этого достаточно добавить индуктивность и собрать колебательный контур с высокой добротностью. Последовательность управления электрическими ключами при перезарядке конденсаторов показана на схемах 1),2),3) Приложения 1. На замыкание и размыкание ключей уходит минимальная энергия, которую учтем позже.
При такой автоматической эффективной перезарядке на конденсатор Св перейдет весь заряд пластин 1 и 2 рабочего конденсатора Ср. После этого, без затрат энергии и без потери электрических зарядов пластина 2 может задаром вернуться в исходное положение на отметку 100м как описано во втором решении. На отметке 100м необходимо временно зафиксировать пластину 2 стопором, см. Приложение 1, и затем провести обратную перезарядку конденсаторов в добротном колебательном контуре. Тогда заряженные пластины 1 и 2 рабочего конденсатора Ср будут снова притягиваться друг к другу задарной кулоновской силой Fк номинальной величины. Если освободить стопор и пластину 2 для движения к отметке 99м, то вращаемый силой Fк генератор выдаст вторую порцию Wо=UIt электрической энергии, которая как и неиспользованная внутри ВДПР первая порция Wо легко может быть отдана для питания внешних потребителей электрической энергии. Так процесс можно повторять из раза в раз.
Для полноты картины учтем неизбежные внутренние запросы энергии в ВДПР, которые должны удовлетворяться из каждой порции энергии Wо. Внутренние траты энергии будут складываться из : (энергия на питание цепей управления ключами в колебательном контуре, например 5% Wо) + (энергия на не полную, а на минимальную подзарядку рабочего конденсатора Ср после колебательных перезарядок в неидеальном контуре, например 10% Wо, в чем и заключается главный выигрыш) + (прочие другие потери энергии, например 5% Wо). В итоге, от каждой порции энергии Wо=UIt будет оставаться прибыльная энергия :
Wп = Wо – 20%Wо = 10кДж – 2кДж = 8 кДж ,
которую ВДПР может свободно отдавать внешним потребителям, чтобы они совершали полезную работу.
Поскольку решена основная проблема ВДПР Примера 8 (задарная разрядка-зарядка конденсатора Ср и задарное возвращение пластины 2 в исходное положение на отметке 100м), то величины потерь не играют существенной роли. Их возрастание лишь уменьшает энергию Wп, но не вызывает остановку ВДПР. В этом смысле настоящий ВДПР качественно отличается, например, от свободного механического маятника, который может долго не останавливаться только в случае не совершения полезной работы и при сведении почти к нулю потерь (что всё равно не предотвращает неминуемого затухания его колебаний и полной остановки маятника).
В Примере 8 получен Вечный двигатель первого рода в чистом виде. Запущенный один раз (первая и единственная полная зарядка конденсатора Ср) этот двигатель затем не только не будет останавливаться, покрывая потери, но к тому же будет непрерывно совершать полезную работу - вырабатывать электроэнергию для внешних потребителей. Этот двигатель не нуждается в подводе какой бы то ни было энергии и топлива извне. Вечный двигатель может остановиться только из-за механического износа и поломок, что не перечеркивает определения «вечный», смысл которого не в том чтобы двигатель работал действительно вечно по времени, а в том чтобы двигатель стабильно работал в полностью автономном режиме.
Представленная логическая модель ВДПР показывает как можно манипулировать (не неподвластными в своей сути человеку) электромагнитными силами и демонстрирует принцип образования в ВДПР прибыльной энергии Wп. Это очень важно для понимания проблематики ВДПР. Но в рассмотренном примере, в целях абсолютной точности анализа, надо пояснить следующее. Когда пластина 2 на рабочем ходе из положения отметки 100м перемещается в положение отметки 99м, с зарядами пластин ничего не происходит, но электрическая ёмкостная энергия Wц=Cр(Uр)2/2 конденсатора Ср немного уменьшается ровно на величину Wо. Перенося заряды на вспомогательный конденсатор Св с зазором 99м, с помощью идеального колебательного контура мы сохраним уменьшившуюся энергию Wц. Эта энергия при перезарядке рабочего конденсатора Ср с пластиной 2, вернувшейся на отметку 100м, благодаря идеальному контуру полностью перейдет на Ср. Но т.к. эта энергия меньше изначальной энергии, то конденсатор Ср окажется недозаряженным даже при отсутствии паразитных потерь. И конденсатор Ср необходимо дозаряжать, чтобы перед новым рабочим ходом кулоновская сила подрастала до номинальной величины, а не падала постепенно. Препятствие для ВДПР в том, что если дозаряжать Ср «в лоб» с приложением полного предельного напряжения Uр , то на это уйдет вся энергия Wо , ранее выработанная генератором на рабочем ходе. Однако несмотря на трудности, можно организовать особую подзарядку Ср с минимальным задействованным электрическим напряжением, следовательно большая часть энергии Wо всё же будет сэкономлена, и принцип прибыльной энергии Wп в ВДПР заработает.
В целом, предложенный ВДПР является чисто логической моделью. Помимо всего прочего, использованная электростатическая сила кулоновского притяжения очень нетехнологична. Намного проще в применении магнитные силы. С их привлечением может быть создан реальный Вечный двигатель первого рода. Рассмотрим магнитные силы подробнее.