Содержание.
Введение История вопроса Вечный двигатель первого и второго рода. Основные базовые основы знаний изобретателя. Четыре базовых правила конструктора источников генерации.
Введение.
Дух изобретательства на нашей планете исчезнет только вместе с исчезновением человека. Иногда в сети инета мне попадаются идеи конструкций вечных двигателей. Вот недавно опять попался на глаза пример идеи вечного двигателя изобретателя под ником «Вечный двигатель_perpetuum mobile»: https://dzen.ru/a/Z3zfn5QyjydyRppa
История вопроса.
Вечный двигатель или перпетуум-мобиле (с латинского perpetuum mobile переводится как вечное движение) — воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. В XII-XIII веке стало резко возросло развитие ремесел и стали появляться машины, приводящие в движение механизмы, такие как колеса, приводимые в движение потоком воды или животными, ходившими по кругу. Вероятнее именно тогда и возникла идея придумать эффективную машину, приводимую в движение более дешевой энергией. Если энергия берется из ничего, то она ничего не стоит и это дармовая энергия.
В XV-XVII веках такие учёные как Леонардо да Винчи, Галилео Галилей и другие, сформулировали принцип: «Создать вечный двигатель невозможно». С 1775 года Французская академия наук отказалась рассматривать проекты вечного двигателя, хотя и в это время у французских академиков не было твердых научных оснований принципиально отрицать возможность черпать энергию из ничего.
Готфрид Лейбниц в 1686 году одним из первых сформулировал закон сохранения механической энергии: - энергия тел никуда не исчезает, а лишь переходит из кинетической в потенциальную и наоборот – из потенциальной в кинетическую. Затем и другие потвердели его утверждение.
Вечный двигатель первого и второго рода.
Вечные двигатели обычно делят на вечные двигатели первого рода и второго рода. Считается, что вечный двигатель первого рода – это воображаемая непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Вечный двигатель первого рода противоречит закону сохранения и превращения энергии, и поэтому неосуществим. Закон был сформулирован в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал: “...так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; ...Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”.
Вечный двигатель второго рода - это воображаемая тепловая машина, которая в результате кругового процесса (цикла) полностью преобразует теплоту, получаемую от какого-либо одного «неисчерпаемого» источника (океана, атмосферы и т.п.), в работу. Действие вечного двигателя второго рода не противоречит закону сохранения и превращения энергии, но нарушает второе начало термодинамики («Невозможен переход теплоты от более холодного тела к более горячему без других изменений в системе или окружающей среде», Р. Клаузиус), и поэтому такой двигатель неосуществим. Но правильны ли эти формулировки и нужны ли они изобретателям вечных двигателей?
Основные базовые основы знаний изобретателя.
Алгоритм простыми словами — это набор инструкций для конкретной задачи или последовательность действий, выполнение которой даёт какой-то заранее известный результат. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) — это комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач. Существует несколько вариантов АРИЗ. Упрощённый вариант АРИЗ состоит из нескольких этапов:
Определение типа задачи. Исследовательская задача требует описания нового явления, а изобретательская — имеет дело с известным явлением, которое нужно изменить или устранить.
Формулировка противоречий и идеального конечного результата.Чёткое определение этих двух составляющих может натолкнуть на приемлемое решение.
Определение ресурсов. Ресурсами может быть всё, что полезно для нахождения решения. Желательно использовать те ресурсы, которые уже присутствуют в проблемной ситуации, а также максимально дешёвые.
Второй вариант АРИЗ:
Выбор задачи. Нужно определить конечную цель решения задачи, проверить, можно ли достичь её решением «обходной» задачи, определить требуемые количественные показатели и уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.
Аналитическая стадия. Нужно определить идеальный конечный результат, что мешает его получению, почему мешает и при каких условиях ничто не мешало бы получить идеальный результат.
Оперативная стадия. Следует проверить возможность устранения технического противоречия с помощью таблицы типовых приёмов, возможные изменения в среде, окружающей объект, и в других объектах, работающих совместно с ним. 5
Синтетическая стадия. Нужно определить, как должны быть изменены после изменения одной части объекта другие его части, как должны быть изменены другие объекты, работающие совместно с данным, проверить, может ли изменённый объект применяться по-новому, использовать найденную техническую идею при решении других технических задач.
Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)
Кроме АРИЗ существует ещё и ТРИЗ - теория решения изобретательских задач — набор методов решения и усовершенствования технических задач и систем, с помощью нахождения и решения технических противоречий. Первая версия ТРИЗ была разработана советским инженером-изобретателем Генрихом Альтшуллером, который работал в патентном бюро и там проанализировал 40 тысяч патентов в попытке найти закономерности в процессе решения инженерных задач и появления новых идей.
По мнению Альтшуллера, первый шаг на пути к изобретению - переформулировать ситуацию таким образом, чтобы сама формулировка отсекала бесперспективные и неэффективные пути решения. После этого можно переформулировать изобретательскую ситуацию в стандартную мини-задачу: «согласно ИКР (идеальному конечному результату), всё должно остаться так, как было, но либо должно исчезнуть вредное, ненужное качество, либо появиться новое, полезное качество». Основная идея мини-задачи в том, чтобы избегать существенных (и дорогих) изменений и рассматривать в первую очередь простейшие решения.
Формулировка мини-задачи способствует более точному описанию задачи:
· Из каких частей состоит система, как они взаимодействуют?
· Какие связи являются вредными, мешающими, какие — нейтральными, и какие — полезными?
· Какие части и связи можно изменять, и какие — нельзя?
· Какие изменения приводят к улучшению системы, и какие — к ухудшению?
Противоречия
После того, как мини-задача сформулирована и система проанализирована, согласно теории Альтшуллера, должно обнаруживаться, что попытки изменений с целью улучшения одних параметров системы приводят к ухудшению других параметров. Например, увеличение прочности крыла самолёта может приводить к увеличению его веса, и наоборот — облегчение крыла приводит к снижению его прочности. В системе возникает конфликт, противоречие.
ТРИЗ выделяет 3 вида противоречий (в порядке возрастания сложности разрешения):
- административное противоречие: «надо улучшить систему, но я не знаю как (не умею, не имею права) сделать это». Это противоречие является самым слабым и может быть снято либо изучением дополнительных материалов, либо принятием административных решений.
- техническое противоречие: «улучшение одного параметра системы приводит к ухудшению другого параметра». Техническое противоречие — это и есть постановка изобретательской задачи. Переход от административного противоречия к техническому резко понижает размерность задачи, сужает поле поиска решений и позволяет перейти от метода проб и ошибок к алгоритму решения изобретательской задачи, который либо предлагает применить один или несколько стандартных технических приёмов, либо (в случае сложных задач) указывает на одно или несколько физических противоречий.
- физическое противоречие: «для улучшения системы какая-то её часть должна находиться в разных физических состояниях одновременно, что невозможно». Физическое противоречие является наиболее фундаментальным, потому что изобретатель упирается в ограничения, обусловленные физическими законами природы. Для решения задачи изобретатель должен воспользоваться справочником физических эффектов и таблицей их применения.
Алгоритмы решения изобретательских задач отличаются гибкостью: разные задачи могут решаться разными путями, которые зависят не только от условий задачи, но и от знаний, опыта и способностей самого изобретателя.
Четыре базовых правила конструктора источников генерации.
Изначально в своей работе любой конструктор источников генерации электроэнергии должен руководствоваться четырьмя правилами (принципами, законами). Они просты и понятны:
1. Закон сохранения энергии. 2. Принцип двойного преобразования энергии. 3. Первоначальный импульс. 4. Источник энергий.
1. Закон сохранения энергии (ЗСЭ).
В различных разделах физики ЗСЭ имеет различные формулировки. Классическая механика рассматривает закон сохранения механической энергии, который ранее уже озвучен. Этот закон универсален и его своими словами можно сформулировать так: энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она может лишь превращаться (трансформироваться) из одного вида в другой. До нашей эры греческие философы формулировали ЗСЭ ещё короче: "ничего не создается, ничего не разрушается, все преобразуется."
Приведу цитату из лекции 1961 года о концепции Закона сохранения энергии преподавателя физики и нобелевского лауреата, Ричарда Фейнмана:
"Существует факт, или, если угодно, закон, управляющей всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определенная величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечено. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним."
Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к затраченной энергии, полученному системой и измеряется в процентах.
В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть НЕВОЗМОЖНО получить полезной работы больше или столько, сколько было затрачено энергии.
Не тратьте время на споры с кем-то вопросу КПД. Просто улыбнитесь, когда читаете о КПД более 100% или сверединичности, т.к. в силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько было затрачено энергии.
2. Принцип двойного преобразования энергии.
Из ЗСЭ вытекает, что всё есть лишь преобразование. Существует принцип двойного преобразования энергии, который является инструментом анализа, который никому неизвестен, поэтому информацию о нём вы не найдёте ни в одном учебнике. Для того, чтобы было понятно что это за зверь такой и как им пользоваться, сделаю с его помощью анализ общих принципов работы современных источников генерации электроэнергии.
Анализ общих принципов работы современных источников генерации электроэнергии.
Для проведения этого анализа использую простой школьный алгоритм: «Постановка задачи – поиски и сбор информации – анализ – вывод».
С постановкой задачи просто –это то, что мне нужно найти или создать. В данном случае это «Анализ общих принципов работы современных источников генерации электроэнергии». После формулирования задачи начинается поиск и сбор информации по основным источникам генерации электроэнергии и анализу преобразования энергий в каждом из них.
В гидроэнергетике кинетическая энергия ПОТОКА воды в первом цикле преобразования преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины. Для преобразования используется жидкообразная среда – вода. Во втором цикле преобразовании механическая энергия вращения ротора преобразуется в электроэнергию путем создания ротором ЭДС в обмотках статора. Во втором преобразования энергии используется среда ЭлектроМагнитных волн.
В ветроэнергетике аналогично: кинетическая энергия ПОТОКА ветра в первом цикле преобразования преобразуется в механическую энергию вращения ротора ветрогенератора. Для преобразования используется газообразная среда -воздух). Во втором цикле преобразовании энергии механическая энергия вращения ротора преобразуется в электроэнергию путем создания ротором ЭДС в обмотках статора. Во втором преобразования опять используется среда ЭМ волн и вновь она на последнем месте.
В солнечной энергетике в первом преобразовании энергии, происходящий в среде вакуума, энергия ПОТОКА фотонов в двойных пластинах из полупроводников солнечной панели, преобразуется в тепловую энергию.
Во втором преобразовании, происходящий опять в среде электромагнитных волн, тепловая энергия преобразуется в поток носителей положительного и отрицательного зарядов от горячего конца к холодному, и наоборот (Эффект Зеебека).
Когда нет готовых каких-либо ПОТОКОВ чего-либо, то эти потоки создаются искусственно. Например в теплоэнергетике, производится преобразование энергии сгорания таких энергоносителей как газ, уголь или водород, для получения ПОТОКА пара, кинетическая энергия которого далее преобразуется в механическую, а далее аналогично как в гидро или ветроэнергетике, преобразуется в электроэнергию путем создания ротором ЭДС в обмотках статора генератора. Используется уже не два преобразования, а больше и в разных средах.
В атомной энергетике все аналогично, только для создания ПОТОКА пара используется теплота, получаемая в результате расщепления атома.
Кроме вышеуказанных традиционных видов энергетики существует и нетрадиционные, которые включает в себя включает возобновляемые источники энергии. Например использование энергии внутренней теплоты Земли, приливов или атмосферного электричества.
Теперь, согласно третьего пункта выше озвученного школьного алгоритма, нужно провести анализ найденной информации источников генерации электроэнергии и сделать выводы. Начну со слов блаженного Августина, который сказал когда-то: "Нет чудес, которые бы противоречили Законам Природы. Чудеса противоречат нашим представлениям об этих Законах”. Если немного перефразировать его слова, то получится следующее: - Нет преобразований энергии в природе, которые противоречили бы Закону сохранения энергии. Просто иногда эти преобразования противоречат нашим представлениям об них."
1. Для получения электроэнергии в устройствах генерации электроэнергии используется минимум два преобразования, которые происходят в двух разных средах (используется пара сред). Так возникает такой инструмент как ПРИНЦИП двойного преобразования энергии в двух разных средах.
2. Требуемый вид энергии в этом принципе всегда будет получаться ТОЛЬКО в последнем цикле преобразования. Также из этого принципа вытекает, что напрямую нужный вид энергии получить нельзя – только с предварительным преобразованием иного вида энергии и только в другой среде.
3. Из анализа следует, что название первой среды, используемой для первого преобразования, является названием самой отрасли энергетики.
4. Также из анализа следует, что если все преобразования происходят только в одной среде, то нужное никогда не будет получено. Например какое-то количество электроэнергии (или единица электроэнергии) было преобразовано в высоковольтную энергию, затем энергия была преобразована например в импульсную и т.д. Преобразований много, но все они происходили только в одной среде – среде ЭМ волн, следовательно никакой «лишней» электроэнергии никогда получено не будет.
5. Из анализа источников генерации следует, что не существует двигателей первого и второго рода, а есть лишь преобразователи одного вида энергии в другой.
3. Первоначальный импульс.
Вы знаете знаменитую фразу из Библии: "В начале было слово ....". Каждая буква любого слова это звук определённой частоты, а слово это набор звуков в определённой последовательности. Другими словами изначально был звук (набор звуков), который создал из хаоса нечто. Звук определённой частоты порождает соответствующую ей определённую геометрическую материальную форму, поэтому каждой частоте соответствует своя определённая форма. Если найти в инете видео о возникновении рисунков Хладни, то вышесказанное будет понятно.
Чтобы заработал ДВС вашего авто, вы применяете первоначальный импульс, создаваемый системой " стартер и аккумулятор". Далее ДВС авто (самостоятельная система) работает самостоятельно и в системе импульса больше не нуждается до следующего запуска. Другой пример – зажигалка. Она также является самостоятельной системой, При воздействии пальца человека, появляется первоначальный импульс в виде либо сжатия пьезоэлемента, либо в виде вращения искрового колеса. И то, и другое преобразуется в создание искры в первом цикле преобразования для преобразования в пламя бензина или газа во втором цикле. В некоторых девайсах источником создания импульса может быть просто аккумулятор или динамо. В некоторых электродвигателях есть пусковая обмотка. Зачастую сам первоначальный импульс должен иметь какую-то определённую частоту. Итак: для запуска любой самостоятельной системы преобразования энергии нужен первоначальный импульс. Устройство для создания первоначального импульса может быть отдельным, либо интегрированным в сам преобразователь.
4. Источник энергии для преобразования.
Ранее упомянул различные среды, которые используются различных отраслях генерации электроэнергии. Но в этом списке не упомянута ещё одна среда. Н.Тесла в лекции "Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение к методам искусственного освещения. (1891 г.) написал:
"Природа хранит во Вселенной бесконечную энергию. Вечный приемник и передатчик этой бесконечной энергии – эфир. Признание существования эфира, а также функций, которые он выполняет – вот один из важнейших результатов современных научных исследований. … Должен существовать какой-то способ, чтобы мы могли воспользоваться этой энергией более непосредственным образом. И когда, наконец, из среды будет получен свет, когда будет получена энергия, когда любую форму энергии люди будут получать без особых усилий из неисчерпаемого вечно существующего источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами. Одно только предположение о таких чудесных возможностях будоражит наши умы, укрепляет наши надежды и наполняет наши сердца величайшей радостью".
Достаточно просто о "пустоте" ( вакуум от лат. vacuus — пустой) написал в своей статье " Как устроена пустота?" академик А.Б. Мигдал. Ссылка http://kvant.mccme.ru/1986/03/kak_ustroena_pustota.htm
Плотная среда эфира имеет такую же волновую структуру как и газо-жидкостные среды. И всё в этих средах находится в непрерывном движении. Электроны движутся вокруг ядра атома по тем же законам, что и планеты вокруг своих светил. Водоворот в реке закручивается по тем же законам, что и рукава галактик. Полная аналогия происходящих процессов во всем, без исключения. Напрямую энергию эфира вовлечь в работу любых преобразователей энергии нельзя, т.к. они по своей сути пассивны к материи, но так как они имеют волновую структуру, то их можно активизировать и вовлечь в движение, создаваемое самостоятельной системой (устройством, преобразователем).
Заключение.
Сегодня современные учёные не спорят о том, есть или нет энергия в вакууме, но дискутируют лишь о её количестве в этой среде. Пока они не могут найти способ использования этой энергии, но в этом десятилетии этот вопрос уже будет несомненно решён и вакуум станет для нас нескончаемым источником экологически чистой энергии.
Хочешь поделиться своими мыслями о преобразовании энергии? Тогда делись ими здесь в комментариях!