В. Михайлюк
У процесі перетворення хімічної енергії палива в механічну енергію машин, нагрівання робочого тіла (р.т.), іншими словами накачування молекул р.т. кінетичної енергією, здійснюється з метою збільшення тиску р.т. в робочих циліндрах, камерах згоряння. Тільки перепад тиску, розділений поршнем (в інших типах двигунів між камерою згоряння і точкою скидання відпрацьованого р.т.) призводить до виникнення результуючої, спрямованої в бік низького тиску. Перепад температур, не є необхідною умовою для роботи двигуна. Цілком реальна робота двигуна в умовах, коли температура навколишнього атмосфери буде вище за температуру в робочому циліндрі. Ніякого теплообміну під час здійснення робочого циклу немає. Саме поняття тепло є спадщиною теплотворний теорії і не відповідає молекулярної теорії газоподібної фази стану речовини. Ніколи в робочому циклі не було холодильників. Холодильник самостійна машина, що служить для регенерації та підготовки робочого тіла. Підготуйте запас робочого тіла одержуваного з його допомогою і сміливо відключайте його, машина буде працювати. Але реаніматори "другого початку" стверджують, роль холодильника грає більш холодна атмосфера. Щоб переконатися в абсурдності цього твердження направте вихлоп двигуна (можна свого автомобіля), послідовно, у полум'я багаття і в посудину Дьюара, на поверхню рідкого азоту. Переконалися в тому, що немає залежності від температури, і необхідності в холодильнику. Але, якщо перекрити відвідний канал (вихлоп), то у зв'язку зі зникненням перепаду тиску відбудеться майже миттєва зупинка двигуна, до аналогічних наслідків призводить декомпресія. Нагрівання р.т., це спосіб знімання енергії одержуваної в результаті хімічної (ядерної) реакції палива, з метою отримання високого тиску р.т., і подальшим перетворенням в механічну енергію. Ми підвищуємо температуру р.т., за рахунок енергії палива, з метою підвищення його тиску до рівня кондиційного. Саме так. При температурі р.т.8000К досягаємо тиску в робочих циліндрах 25Мпа. Температуру р.т.8000К ми можемо отримати і при тиску 0,1 МПа, тільки турбіни не зрушать з місця. Де теплообмін, основа міркувань Карно, в результаті яких він зробив висновок про неможливість термодинамічних перетворень з к.к.д. близьким до 100%? Де холодильники, без яких неможливо перетворення енергії? Карно пішов шляхом середньовічних філософів, вживаючи лише слово тепло замість "теплорода". Все інше як у них: теплові резервуари, тепло тече .... Енергетичний стан молекул, що складають фізичний об'єкт, визначається кінетичної енергією поступального, обертального і коливального рухів цих молекул. Кількісною мірою середньої кінетичної енергії молекул складають об'єкт є його температура. Вона однозначно визначає енергетичний стан об'єктів, представлених в рідкій і твердій фазах речовини, що мають постійний об'єм. У газоподібному стані, об'єкт займає обсяг наданого простору. Тому однозначно, однією температурою, енергетичний стан об'єкта визначатися не може. У цьому випадку, загальна внутрішня енергія об'єкта, в кількісному відношенні, в першу чергу визначається щільністю енергії або питомою енергією, тобто кількістю внутрішньої енергії припадає на одиничний об'єм. Температура, в цьому випадку, набуває властивості якісної характеристики.
Розглянемо рівняння Клапейрона-Менделєєва:
PV = m / μ RT, запишемо у вигляді: i / 2 PV = i / 2 m / μ RT;
права частина цього рівняння, є внутрішня енергія ідеального газу W;
Отже W = i / 2 PV, або W / V = i / 2 P,
але W / V є ніщо інше як щільність внутрішньої енергії газу, яку позначимо W0, тоді:
W0 = i / 2 P, тобто щільність внутрішньої енергії газу дорівнює тиску газу помноженому на половину числа ступенів свободи газу i, дж/м3 (зверніть увагу при скороченні на му ми отримуємо н/м2 або паскаль). Безпосередньому виміру вона не підлягає, але легко обчислюється через тиск газу. Ось чому вирішальним, швидше за єдиним, чинником визначальним енергоємність робочого об'єму, є тиск газу.
Для всіх нині відомих теплових двигунів від паровозного до ракетного (об'єднаємо їх під назвою термодинамічні перетворювачі 1го роду), характерно проходження робочим тілом 3х наступних стадій, під час здійснення робочого циклу:
Накачування р.т. внутрішньою енергією або його нагрівання, з метою збільшення щільності енергії, тобто підвищення тиску.
Адіабатичне розширення р.т. з перетворенням внутрішньої енергії р.т. в механічну енергію машин. Що рухався з боку переважаючого тиску поршень (або інший робочий орган), що нарощує свою кінетичну енергію від кожного превалюючого зіткнення молекул р.т., з боку робочого циліндра, є ознакою того, що відбувається перетворення. При таких зіткненнях з поршнем, молекули р.т. віддають йому частину швидкості, імпульсу, енергії, в результаті вони і все працююче р.т., природно, охолоджуються. Зниження температури р.т. і відповідне йому зменшення його внутрішньої енергії - ознака вчинення механічної роботи на таку ж величину.
Скидання відпрацьованого р.т., здійснюється в момент, розрахований конструктором двигуна, коли, на його думку, подальше перетворення енергії стає нерентабельним для даної конструкції. До цього моменту енергетичні втрати всіх відомих двигунів близькі до 0, тобто к.к.д. близько 100%. Тільки в момент скидання відпрацьованого р.т., разом з ним утилізується енергія рівна різниці енергії скидається р.т. і його енергії перед початком нагріву.
Ніяких холодильників. Для повторення циклів беруться нові порції р.т., і з ними здійснюються ті ж дії. І тільки якщо ми вирішили, що більш раціональною буде регенерація відпрацьованого р.т., з метою повторного його використання, ми проводимо скидання відпрацьованого р.т. в холодильник. Холодильник є відокремленою машиною прямо не пов'язаної з роботою двигуна, його завданням є підготовка р.т. до повторного використання. Як бачимо, логіка досліджень Карно побудована на середньовічному уявленні природи явищ, понятті тепла (теплорода). Тому і результат такий, що він не розібрався навіть у тому, що нагрівання проводиться для підвищення тиску. Висновок про неможливість повного перетворення енергії в корисну роботу бездоказовим і абсурдний, але саме ця заборона є ярликом "винахідника вічного двигуна", хоча і другого роду. Він відкинув технічний прогрес людства на багато років. Ми з ентузіазмом взялися за вирішення проблеми керованого термоядерного синтезу, адже енергоємність термоядерного палива в 5 разів перевершує ядерну, при однаковій масі. Але те, що ядерне паливо більш ніж у мільйон разів перевершує за енергоємністю краще хімічне паливо, не виграло конкуренції, ми проігнорували, без єдиної спроби розібратися в причинах цього, далеко неординарного випадку. На суперсучасних АЕС утилізується 60% енергії розпаду палива і лише 40% перетворюється в електроенергію, тобто за призначенням. Слідуючи за вказаною Карно хибним шляхом, оптимісти з надією і розчуленням дивляться на гейзери і інші гарячі джерела, як на альтернативу тепловим електростанціям, (як же, є заповіданий Карно перепад температур). Але якщо б вони виміряли температуру пари на виході з турбін в так званий холодильник ..., думаю, почався б пошук шкідників. АЕС викликають почуття потенційної небезпеки у громадян, не дивлячись на те, що на них не можливий ядерний вибух. Реальна небезпека їх у тому, що у випадках технічних аварій можливі витоку радіоактивних речовин, тепловий вибух, і у випадках викиду в атмосферу продуктів розпаду, це може призвести до радіоактивного зараження місцевості. Звідси висновок: АЕС повинні знаходитися глибоко під землею, в скельних породах. Але перешкода цього необхідність в охолоджувальних резервуарах, які приймають 60% енергії сгораемого палива.
Суть вище викладеного, полягає в запереченні 2го початку термодинаміки, неприйнятність його положень і затвердження інших закономірностей, що відбуваються вчасно термодинамічного перетворення енергії. Друге початок неприйнятно, тому що в викладаються, у другому початку, твердженнях вживається поняття "тепло" йде в розріз з загальновизнаною моделлю молекулярної будови речовин. Енергетичний стан газоподібного об'єкта визначається двома параметрами температурою і тиском (щільністю енергії). Носіями цієї енергії є сукупність молекул складають об'єкт.
Сприйняття внутрішньої енергії як самостійного об'єкта, а не як параметрів частинок складають його, привело до створення помилкових теорій з "теплорода" і є йому аналогом "теплом". У свою чергу, "тепло", як об'єкт, вимагало правило про можливі напрямки переміщення. Для тих, хто бачить світ молекулярним, не потрібно додаткових пояснень про те, куди буде прагнути надлишок кінетичної енергії молекул у випадках нерівномірного її розподілу в просторі.
Друге початок неприйнятно, тому що декларує неможливість повного перетворення "тепла" в роботу через обов'язкової наявності холодильника і неминучих, у зв'язку з цим втрат у ньому. Але елементарні досліди заперечують необхідність в них на всіх стадіях робочого циклу. Повнота перетворення енергії палива (хімічної, ядерної), в механічну енергію машин, не має об'єктивних обмежень і залежить лише від ступеня досконалості механізму перетворення ..
Cамое парадоксальне протиріччя другого початку полягає в тому, що Карно, намагаючись обгрунтувати неможливість повного перетворення тепла в механічну енергію, представив свою знамениту формулу η = (Тн - Те) / Тн, прямо доводить зворотне.
Для цього приймаємо температуру нагрівача рівної Тн = 8000К (5270С),
а температуру холодильника рівної Т0 = 40К (температура рідкого гелію).
Тоді отримаємо η = 0,995.
Охолоджуючи більш доступним рідким азотом,
отримаємо η = (800 - 77) / 800 = 0,904.
У другому випадку ккд трохи далі від 100%, але погодьтеся, 90,4% стало б сенсацією. Так що саме Карно є "батьком вічного двигуна другого роду". Але спокушатися не варто. Цього результату ви ніколи не отримаєте, тому що другий початок це клубок суцільних помилок. Якщо бути відвертим, то мною, при тому набагато раніше, була розроблена теорія, термодинамічного перетворювача 2го роду, з к.к.д. перетворення близьким до 100%, на підставі положень молекулярно кінетичної теорії газів і сучасної фізики. Але це було незаконне дитя. Протягом тривалого періоду часу я марно намагався довести, що другий початок законно тільки для "паровозної технології", поки не виявив причину, яка мене шокувала .... Виявилося, що друга початок базується, на помилкових припущеннях та твердженнях, що й було вище викладено. Навіть аналіз роботи двигуна Карно замінив аналізом руху поршня в циліндрі, під дією нагрітого пара, а потім повернув його у вихідне положення, шляхом охолодження пари в циліндрі, що суперечить навіть йому самому. Таких двигунів ніколи не існувало. Р.т. не може охолоджуватися з поза, в робочому циклі.