Текст книги "Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии"
Автор книги: Виктор Бродянский
Жанр:
Физика
сообщить о нарушении
Текущая страница: 15 (всего у книги 18 страниц)
5.3. Новые идеи: химические, оптические и электрохимические ppm-2
Несмотря на все попытки, вплоть до привлечения в союзники самого Прометея, бесполезность создания ppm-2 на классических термомеханических принципах становится постепенно очевидной даже для самых закоренелых его сторонников. Поэтому многие из них переключились на новые области в поисках таких эффектов, которые помогли бы обойти второй закон.
Эти надежды большей частью основаны на одной из двух ошибочных предпосылок (или обеих сразу).
Первая из них связана с тем, что изобретатели не видят задачу в целом. Ведь независимо от цепочки любых промежуточных преобразований энергии, на входе любого ppm-2 обязательно должна вводиться теплота, т. е. и энтропия, а на выходе выводиться работа (иногда и теплота тоже). Следовательно, независимо ни от чегос этой энтропией что-то должно происходить, чтобы она «по дороге» преобразовалась; ppm-2 связан с энтропией неразрывными узами. А где энтропия, теплота, «микробеспорядок» – там и второй закон.
Вторая ошибочная предпосылка опирается на представление, что химические, оптические, электрические, магнитные и некоторые другие явления «не подвластны» второму закону. Эта наивная иллюзия возникла вследствие непонимания того факта, что любые явления,в которых есть (или может появиться) микробеспорядок, неизбежно связаны с энтропией, а следовательно, и со вторым законом. От него никуда не уйдешь, даже используя для создания ppm-2 любые, самые хитрые эффекты.
Можно было бы привести здесь много вариантов ppm-2 такого рода: их изобретают более чем достаточно. Однако мы приведем для примера только три наиболее характерных – химический, оптический и электрохимический.
Начнем с химическихppm-2. Об этих устройствах написано меньше, чем о других видах вечных двигателей, однако коснуться их необходимо. Естественно, что авторы не называют такие машины «вечными двигателями»; обычно выбираются более приемлемые термины.
Химические ppm-2 встречаются двух видов.
К первому относятся те, в которых используется «теплота окружающей среды» для получения работы. Идея стандартная: сначала в тепловом насосе получается теплота высокого потенциала, а затем она используется для теплового двигателя, который кроме своей основной работы крутит «между делом» и тепловой насос.
Это, так сказать, традиционный вариант ppm-2, но реализуемый с участием химических реакций. Обычно предлагается использовать сочетание экзотермических (с выделением теплоты) и эндотермических (с поглощением теплоты) реакций каких-либо веществ.
Реакцию первого вида проводят на верхнем температурном уровне, а второго – на нижнем с поглощением теплоты, отводимой от окружающей среды. В результате, по мысли авторов, должен получиться «сверхэффективный» тепловой насос; использовать его для двигателя – уже дело техники.
Однако каждый раз и расчет, и эксперимент показывают, что реакция или не идет вообще, или через некоторое время замирает, если пустить двигатель толчком извне. Для постоянной работы такой «двигатель» нужно либо подогревать, либо охлаждать, либо вращать извне. При этом, как всегда, затрата эксергии, нужной для привода, оказывается большей, чем эксергия той теплоты, которую дает химический тепловой насос. Второй закон и здесь неумолимо работает.
Подробный разбор вариантов таких тепловых насосов в этой книге занял бы много места, но не дал бы ничего существенно нового.
Более интересны другие, «гибридные» ppm-2.
К химическим ppm-2 такого вида относятся более оригинальные устройства. Это тепловые двигатели, в которых, как обычно, происходит подвод теплоты от какого-либо внешнего источника при высокой температуре (например, путем сжигания топлива). Казалось бы, тут ppm-2 ни при чем и принцип Карно не нарушается. Однако это не так. Изобретатели утверждают, что, используя специальное рабочее тело, в котором протекают химические реакции, можно получить работу большую,чем это позволяет принцип Карно. А это значит, что добавочная работа получается уже вопреки второму закону. Поэтому двигатель подобного вида, хотя внешне был бы вполне респектабельным, представлял бы собой ppm-2, выдавая «незаконную» дополнительную работу.
Несколько вариантов такого двигателя и достижения его изобретателей весьма эффектно рекламировал Е. Муслин в статье под многообещающим, но не очень грамотным заголовком «Выше цикла Карно» [3.3]. Этой статьи вполне достаточно, чтобы увидеть, в чем дело. Она построена, очень любопытно. Автор начинает с чрезвычайно почтительного отзыва о С. Карно, называя его труд (и совершенно правильно) гениальным. Портрет С. Карно даже открывает статью. Но, проведя необходимый цикл поклонов и расшаркиваний перед гением, Е. Муслин, «не переводя дыхания», пытается под корень принцип Карно изничтожить. Он делает это, ссылаясь на одного из изобретателей нового двигателя – И.М. Ковтуна.
Цитируем: «Он (т. е. Ковтун) снова и снова вчитывался в отточенные формулировки термодинамических теорем, пытаясь найти хоть какие-нибудь неиспользованные лазейки в неприступном фундаменте «королевы наук». И, представьте себе, нашел! Нашел в самой сердцевине, в святая святых термодинамики, в знаменитой фундаментальной теореме Карно, гласящей, что КПД цикла зависит только от температуры нагревателя и холодильника и не зависит ни от конструкции тепловой машины, ни от природы рабочего газа. Ковтун, конечно, не собирался опровергать эту теорему, в правильности которой сомневаться не приходилось. Но он пришел к выводу, что несмотря на кажущуюся общность, она не всеобъемлющая и справедлива далеко не во всех случаях. В самом деле, что значит «КПД не зависит от природы рабочего газа?» То, что газ может быть любой – и гелий, и водород, и азот? Справедливо. Но при этом в неявной форме еще подразумевается, что коль газ уже выбран, он все время остается одним и тем же, что свойства его во время работы не меняются. А если мы выберем такие газы или их смеси, в которых на протяжении цикла происходят обратимые химические реакции? Очевидно, что на этот случай теорема Карно уже не распространяется и ее ограничения можно обойти».
Начнем разбор этой длинной цитаты с констатации того, что Е. Муслин исказил до неузнаваемости теорему Карно, превратив ее четкое содержание в бессмыслицу Сделал это он очень просто: убрал из формулировки только одно слово – «максимальный». У Карно, пользуясь современными терминами, речь идет о максимальном, предельном значении термического КПД, а не КПД вообще, любой машины. Все остальные неточности в муслинском изложении теоремы Карно по сравнению с этой «поправкой» несущественны.
Настоящий смысл положения Карно совсем не тот который ему приписал Е. Муслин. Карно утверждал то чем мы уже говорили в гл.4: что при любом рабочем теле (а не только газе, как у Муслина) и любом типе двигателя количество полученной из теплоты Q работы не может превышать величины Q∙(T-T О.С.)/T. [80]80
Величину ( Т – ТО.С.)/Т(фактор Карно) иногда называют термическим КПД цикла Карно. По существу это максимальный коэффициент преобразования теплоты в работу при заданных температурах Ти ТО.С.
[Закрыть]Учтем эту поправку и вернемся к рассуждениям Е. Муслина. Из нее прежде всего следует, что Карно нигде не утверждал, что для реальных машин-двигателей КПД не зависит от природы газа. Он прекрасно понимал, что зависит. И не только газа, но и любого рабочего тела в любом агрегатном состоянии.
Двигатели, используемые в технике, работают на самых разных рабочих телах – от воды до гелия; в каждом случае разработчики этих машин, стремясь повысить КПД, выбирают как процессы, так и наиболее подходящие рабочие тела. Как известно, эти тела вопреки Муслину меняют в цикле свои свойства. Но при всем том перейти предел, установленный Карно для идеального цикла, нельзя, можно только к нему приблизиться. Этим и занимаются настоящие энергетики. Они не устанавливают никаких принципиальных запретов на свойства рабочего тела. Все диктуется целесообразностью. Если в рабочем теле происходят обратимые химические реакции и это повышает КПД – пожалуйста! Принцип Карно, повторяем, разрешает использовать любое рабочее тело (чистое вещество, смесь, раствор, что угодно). Поэтому утверждение, что «на этот случай теорема Карно не распространяется», не имеет никакого разумного обоснования. Использование химических реакций в рабочем теле может быть полезным, в частности, и в двигателях Стирлинга [81]81
О двигателе Стирлинга и его истории можно прочесть в [1.29, 1.30].
[Закрыть]. Однако никакого «КПД выше КПД цикла Карно» нет и не будет.
Так Е. Муслин опроверг С. Карно. Ничуть не лучше он обошелся с Р. Клаузиусом.
Атаку на него Е. Муслин начинает под абсолютно верным лозунгом, звучащим даже несколько консервативно: «Законы верны и незыблемы, но их надо правильно понимать». Цитируем: «У самого Рудольфа Клаузиуса, творца второго начала, имеется еще одна формулировка, в которой говорится, что этот «переход (тепла от менее нагретого тела к более нагретому) невозможно осуществить с помощью каких-либо машин и приборов без того, чтобы в природе не произошло еще каких-либо изменений».
Далее из этого делается смелый и четкий вывод: «Таким образом, если изменения есть, то второе начало уже не при чем и цикл Карно нам не указ».
Здесь, как и при разборе постулата Карно, Муслин просто исказил классика, который никогда ничего подобного не писал. Берем работу Клаузиуса [1.13] и читаем соответствующее место: «Переход теплоты от более холодного тела к более теплому невозможен без компенсации». Вместо двух слов «без компенсации» Е. Муслин написал о «машинах и приборах» и «каких-либо»… «изменениях в природе».
Между тем Клаузиус, говоря о компенсации, имел в виду очень четкую и ясную мысль (на то он и классик!). Она состоит в том, что переход теплоты «снизу вверх» требует компенсации,например затраты работы (говоря по-современному, в более общем плане, эксергии любого вида). Другими словами, действие каждого теплового насоса (а именно он производит отбор теплоты у более холодного тела и передачу его более теплому) возможно только при затрате работы. Это и есть «компенсация». Поэтому вывод, что «цикл Карно нам не указ» и все дальнейшее никак не вытекает из постулата Клаузиуса.
Все, о чем говорилось выше, Е. Муслин написал, по его собственному признанию, «не углубляясь в термодинамические тонкости». Что верно, то верно!
Оптическиеppm-2 представляют собой еще более оригинальный пример поисков обхода второго закона, чем химические.
Примером может служить устройство преобразования излучения, описанное Г. Лихошерстых [3.10], о «вкладе» которого в науку о тепловых насосах мы уже говорили. Он без тени сомнения утверждает, что, используя свойства люминофоров, можно получать «энергетическую прибавку»… «за счет концентрации тепловой энергии окружающей среды и эта прибавка может быть очень значительной». Как источник научной информации он использует книгу Ю.П. Чуковой «Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения». Это вполне серьезная книга, в которой нет ни атак на второй закон, ни «энергетических прибавок».
Напомним, что люминесценцией называется процесс испускания телом (люминофором) под действием какого-либо энергетического возбуждения (например, светового) дополнительного излучения, отличного от его собственного теплового излучения.
Многие люминофоры переизлучают падающее на них излучение так, что испускаемый ими свет имеет большуюдлину волны, чем поступающее излучение. Это так называемая стоксова люминесценция [82]82
Поимени Дж. Стокса (1819-1903) – известного английского физика и математика, обнаружившего это явление.
[Закрыть]. Позже стала известна и антистоксова люминесценция, при которой испускаемое излучение имеет меньшуюдлину волны, чем возбуждающее. В первом случае испускаемые кванты излучения имеют меньшую среднюю энергию, чем поступающие, во втором – большую. Разница в энергетическом балансе компенсируется за счет внутренней энергии люминофора.
Очевидно, что антистоксова люминесценция должна вызывать (и действительно вызывает) охлаждение люминофора, поскольку уходящее излучение выносит больше энергии, чем приносит входящее.
В стационарных условиях в этом случае к люминофору нужно подводитьтеплоту Q, компенсирующую разницу (рис. 5.9, а).Теплоту можно подводить откуда угодно, в частности и из окружающей среды при T О.С.. Именно за этот факт и ухватился Г. Лихошерстных; он усмотрел в нем «концентрацию энергии окружающей среды». На самом же деле, если разобраться в этом процессе серьезно, ничего подобного здесь не происходит; более того, дело обстоит как раз наоборот.
Всякое излучение, кроме всех прочих характеристик (яркость, спектральный состав, поляризация и т. д.), характеризуется и энтропией (опять той самой проклятой энтропией, которую на горе всем «инверсионщикам» придумал Р. Клаузиус). Она равна нулю только у монохроматического (одноцветного) когерентного излучения, где все кванты имеют совершенно одинаковую частоту синхронных колебаний. Такое «высококачественное» излучение имеет эксергию, равную энергии, и может, следовательно, в принципе целиком быть преобразовано в работу. Если же поток излучения характеризуется широким спектром разных частот, то его энтропия может быть значительной: она тем больше, чем больше «беспорядок», получающийся при наложении разных частот в одном общем потоке излучения. Так вот, антистоксова люминесценция как раз характеризуется тем, что накачка люминофора энергией ведется излучением с узким спектром частот (т. е. с малой энтропией), а выдает он излучение с широким (т. е. с большой энтропией); поэтому радоваться тому, что W 2> W 1, a Q извлечено из окружающей среды и «концентрируется», нет оснований. Наоборот, следует признать, что процесс идет с «ухудшением» энергии; уходящий поток излучения уносит большую энтропию, чем приносят входящие потоки энергии (рис. 5.9, б). Прирост энтропии ΔS связан с необратимостью реального процесса в люминофоре. Налицо явная, как говорят шахматисты, «потеря качества». Это видно и из эксергетического баланса (рис. 5.9, в): выходящая эксергия меньше входящей на величину потери D.
Рис. 5.9. Диаграммы потоков энергии (а), энтропии (б) и эксергии (в) для антистоксовой люминесценции
Таким образом, процесс преобразования энергии излучения в люминофоре идет по всем законам термодинамики с деградацией энергии и ростом энтропии.Никакой «концентрацией» энергии здесь и не пахнет. Нетрудно видеть также, что процесс в люминофоре аналогичен в определенной степени, как указано в [2.10], тому, который протекает в тепловом насосе; разница состоит в том, что поток теплоты трансформируется в поток энергии излучения. Из Q О.С.получается W 2, причем коэффициент трансформации W 2/Q О.С.> 1. В качестве приводной высококачественной энергии здесь используется не электроэнергия, а излучение с энергией W 1. При этом эксергия Е 2потока энергии W 2, меньше, чем эксергия Е 1потока излучения, несущего энергию W 1(т. е. Е 2< Е 1). Все как в обычном тепловом насосе!
Электрохимическиегенераторы энергии в последнее время привлекают все большее внимание. И это вполне оправдано. Действительно, возможность получать электроэнергию, не сжигая топлива, а превращая химическую энергию его и окислителя сразу в электроэнергию, чрезвычайно заманчива. Длинная цепочка энергетических превращений [химическая энергия топлива и окислителя – внутренняя энергия горячих продуктов сгорания – теплота – внутренняя энергия рабочего тела (вода, пар) – механическая энергия турбины – электроэнергия], проводимых в сложных устройствах со значительными потерями эксергии (более 50%), заменяется одним процессом в одном устройстве – электрохимическом генераторе электроэнергии (ЭХГ). КПД этих устройств очень высок. Пока ЭХГ дороги и их использование ограничено, но интенсивная работа по их совершенствованию идет весьма успешно.
Очевидно, что некоторые изобретатели не могли не обратить внимание на ЭХГ с целью использовать эту идею для ppm-2. Главной приманкой тут было высокое значение КПД. И в популярной [3.19], и даже в серьезной научной литературе можно встретить упоминания о значениях КПД электрохимических преобразователей энергии, намного превышающих 100% (и 120, и 130, и даже 150%).
Такие цифры появились в связи с тем, что электрохимики, авторы соответствующих работ, прекрасно владеющие своим предметом, не очень основательно знакомы с понятием КПД. Поэтому они подсчитали для своих ЭХГ коэффициент преобразования (который действительно может быть как больше, так и меньше 100%, как мы показали в гл. 3), назвали его, не мудрствуя лукаво, КПД и были очень довольны столь высокими показателями своей техники.
Однако, как и в случае с тепловым насосом, значения КПД, большие 100%, вызвали у недостаточно грамотных людей большие ожидания. И опять «пошла писать губерния». И как писать! Приведем для примера только три цитаты.
Уже упоминавшийся нами канд. техн. наук Н. Заев [3.5]: «Разработаны устройства, так называемые топливные элементы, КПД которых может достигать 1,3. Обычная теплосиловая установка всегда двухтемпературная (отсюда и потоки тепла, и идеальный цикл Карно), топливный же элемент – однотемпературный генератор энергии, в котором фактически решена задача α ».(Задачей α Н. Заев называет такую: «Непрерывно или циклически отбирать тепловую энергию из данной открытой системы, причем отбирать больше, чем затрачивать на отбор, вследствие чего система будет охлаждаться и к ней потечет тепло из окружающей среды».)
Доктор техн. наук Ю.Чирков [3.19]: «КПД энергетической установки – отношение полученной электроэнергии к теплотворной способности топлива (тому запасу энергии, которое в нем заключено)». Безоговорочно используя значение КПД, основанное на этом определении, и очень образно называя процесс в ЭХГ «холодным горением», он далее пишет: «Оно отличается от обычного: лишено ограничений, установленных Карно, здесь КПД может даже превысить 100%».
Г. Лихошерстых [3.10]: «Интригующая особенность подобного рода концентраторов энергии окружающей среды состоит в том, что они работают за счет понижения температуры окружающей среды». Смущает обычно здесь то, что в данном случае как бы нарушается запрет В. Томсона и М. Планка. «В природе невозможен процесс, полный эффект которого состоял бы в охлаждении теплового резервуара и в эквивалентной механической работе». Этот запрет был сформулирован в эпоху господства тепловых машин, непосредственно превращавших теплоту в работу. Разумеется, что обычная тепловая машина не способна работать за счет охлаждения теплового резервуара. Описываемые же концентраторы энергии получают энергию из среды окольным путем, причем без нарушения второго начала термодинамики, конкретизацией которого является упомянутый выше «запрет».
Несмотря на некоторые различия в деталях «идеологическая база» у авторов всех трех приведенных отрывков одна. Это наивная вера в неприменимость второго закона к электрохимическим процессам. Здесь нет огульного его отрицания – ничего подобного! Напротив, для «старья» – «обычных» тепловых машин – принцип Карно вполне подходит. А вот для нового – топливных элементов, у которых есть «интригующая особенность» – возможность получать «энергию из среды окольным путем», он уже не годится. Эти устройства «лишены ограничений, установленных Карно».
Все это, разумеется, неверно. Второй закон термодинамики, в том числе и принцип Карно, остается полностью в силе и применительно к любым электрохимическим процессам. Ничего эти процессы не «лишены»; их КПД всегда меньше 100%, и если есть у них «интригующие особенности», то совсем не в области законов термодинамики, а в задачах, которые нужно решать для дальнейшего развития этого направления.
Прежде чем коротко разобрать ошибки в трактовке электрохимических процессов, нагроможденные в приведенных цитатах, нужно сказать несколько слов о попытке оставить В. Томсона и М. Планка в «эпохе господства тепловых машин, непосредственно превращавших теплоту в работу».
Здесь тоже все перепутано. Прежде всего такой «эпохи» просто не было. Более того, и машин таких тоже не было (и нет еще, кроме опытных образцов, и теперь). Теплота и во времена В. Томсона (1824-1907 гг.), и в не очень далекие времена М. Планка (1858-1947 гг.), как и в наше время, превращается в работу не «непосредственно», а, как известно, сложным, длинным путем.
Во-вторых, как раз В. Томсон заложил основы термодинамики термоэлектрических явлений, посредством которых это самое «непосредственное превращение» и происходит. М. Планк тоже сделал огромный вклад в новые направления термодинамики. Попытка представить их как нечто древнее и устаревшее не только неграмотна, она направлена на то, чтобы устранить все, что мешает получать энергию «окольным путем», в том числе и упрямых классиков науки.
Все разговоры об «интригующих особенностях» ЭХГ опираются на непонимание действительных особенностей их энергетического баланса и связанное с этим неверное определение их КПД. Здесь сказываются традиции подсчета термического КПД электростанций, работающих на органическом топливе. Термический КПД η Гдля них подсчитывается по отношению полученной электроэнергии L ЭЛк теплоте сгорания использованного топлива ΔН. Он равен, по существу, отношению полученной электроэнергии к затраченной теплоте: η Г= L ЭЛ/ΔН. Строго говоря, поскольку в нем сопоставляются качественно различные формы энергии – теплота и работа, ηГ представляет собой не КПД, а коэффициент преобразования энергии.
Дня тепловых электростанций это различие не очень существенно, так как эксергия (работоспособность) топлива Е Тпримерно (с разницей до ±8-10%) совпадает с его теплотой сгорания ΔН. Поэтому здесь эксергетический КПД η e= L ЭЛ/ΔЕ примерно равен коэффициенту преобразования η T= L ЭЛ/ΔН, который по традиции называют термическим КПД η T= η e. Однако при переходе к ЭХГ это равенство нарушается. Здесь разность эксергий ΔЕ исходных химических веществ (реагентов), например Н 2+С 12, 2Н 2+O 2, N 2H 4+2H 2O 2, 2C+O 2, и продуктов реакции – НCl, Н 2O, N 2, СО может существенно отличаться от теплоты реакции ΔН. В этом проявляется естественное отличие максимальной работы процессов от их теплового эффекта. Поэтому и значение коэффициента преобразования, полученное по формуле η = L ЭЛ/ΔН для ЭХГ, не равно КПД; неучет этого различия приводит к ошибочным оценкам.
Действительно, максимальная (для идеального случая) электрическая работа L ЭЛ.М., как известно из термодинамики, определяется уменьшением величины G – так называемого потенциала Гиббса:
L ЭЛ.М= -ΔG = -(ΔН – TΔS).
Из этой формулы видно, что L ЭЛ.Мможет быть как больше ΔН (если ΔS отрицательна, т. е. энтропия S при реакции уменьшается), так и меньше (если ΔS положительна, т. е. энтропия при реакции возрастает). На практике встречаются оба случая. Например, в водородно-кислородном ЭХГ реакция протекает с уменьшением энтропии (ΔS < 0), что соответствует выделению теплоты. При этом L ЭЛ.Мбудет меньше ΔН. Так, при Т = 298 К значение ΔН = -286 кДж/кмоль Н 2, a ΔS = —0,163 кДж/(кмоль∙К). Следовательно, ΔG = L ЭЛ.М= —286 + 298 ∙ 0,163 = —273,4 кДж/кмоль. Значит, максимальное значение коэффициента преобразования η T= ΔG/ΔН составит здесь 237,4/286 = 0,83.
Этот вариант ЭХГ, в котором ηT существенно меньше 100%, естественно, не привлекает «инверсионщиков». Зато другой, в котором η T> 1, вызывает энтузиазм. Действительно, например, для угольно-кислородного ЭХГ ΔG > ΔН, поскольку энтропия в результате реакции растет вследствие подвода теплоты из окружающей среды. Здесь при той же температуре, что и в предыдущем примере, ΔН = -110,6 кДж/(кмоль-К), a ΔS = 0,089 кДж/(кмоль∙К). Следовательно, Δg = —137,2 кДж/кмоль, что больше, чем ΔН. Отсюда η T= 137,2/110,6 = 1,24, т. е. 124%, что намного больше 100%! Вот пример, когда «электрическая энергия, выдаваемая подобным элементом, есть в конечном счете трансформируемая энергия окружающей среды.»
Увы, это совсем не так. Вся электрическая энергия, как в этом случае, так и при η T< 1, получается за счет химической энергии реагентов, а теплота (как подводимая, так и отводимая) идет на изменение энтропии реагентов. Если они уходят с меньшей энтропией, чем поступают («более организованные»), – теплота отводится, а если с большей энтропией («менее организованные») – теплота подводится.
Величины η T, к сожалению, этого не показывают, ибо коэффициенты преобразования (в том числе и термический КПД η Tне дают, в общем случае правильной информации о термодинамическом совершенстве процесса. Идеальный процесс в ЭХГ должен всегда иметь КПД ровно 100%, а не 86 или 124. Действительно, строго определяемый КПД η Tтопливного элемента должен иметь вид η e= L ЭЛ/ΔЕ, где ΔЕ – затраченная эксергия. Поскольку в рассматриваемых примерах Т = T О.С., то ΔG = ΔН – TΔS равно ΔЕ = ΔН – T О.С.ΔS и η T= L ЭЛ/ΔG. Тогда получаем для идеального ЭХГ во всех случаях η e= 1, т. е. 100%. Реальный КПД будет, естественно, меньше 100%, поскольку L ЭЛ< L ЭЛ.М..
Рис. 5.10. Диаграммы потоков энергии (а), энтропии (б) и эксергии (в) для электрохимического генератора (ЭХГ)
Превращения энергии в ЭХГ, проходящие с поглощением теплоты, и η T> 100% вовсе не свидетельствуют ни о получении электроэнергии «за счет теплоты окружающей среды», ни о неподвластности этих «однотемпературных» устройств принципу Карно. Это наглядно видно из диаграмм потоков, представленных для этого случая на рис. 5.10.
Первая диаграмма (рис. 5.10, а) показывает ход потоков энергии; ΔН = H 1– H 2и L ЭЛ= (H 1+ Q О.С.) – H 2. Из этой диаграммы может действительно сложиться впечатление, что Lm возникает, хотя бы частично, и из Q О.С.. Но энтропийная и эксергетическая диаграммы неопровержимо свидетельствуют о том, что дело обстоит иначе. Вся поступившая энтропия идет только на ее увеличение в реагентах (S 2> S 1). Безэнтропийная электроэнергия ее не уносит. Эксергетический баланс показывает, что вся эксергия, необходимая для получения электроэнергии – L ЭЛобразуется за счет разности входящих и выходящих ее потоков. Тепловой поток при T О.С.не имеет эксергии (E О.С.= 0) и не добавляет в этом смысле ровно ничего.
В реальных условиях L ЭЛ< L ЭЛ.М.вследствие потерь; для этого случая величины L ЭЛпоказаны штриховыми линиями. Из диаграммы можно снять величины, определяющие коэффициент преобразования (термический КПД):
и эксергетический КПД:
Для идеального процесса η eравна единице; (Е' 1+ Eʺ 1) – Е 2для реального меньше единицы, как и должно быть «по науке».
Таким образом, электрохимическое получение электричества проходит в полном соответствии со вторым началом термодинамики и никак не «концентрирует энергию окружающей среды». Напротив, реальный ЭХГ, выдающий L ЭЛ< L ЭЛ.М., увеличивает энтропию, как и любое реальное устройство преобразования энергии (и вообще все на свете – от микроорганизма и растения до велосипедного насоса и атомной электростанции).
Этим примером мы закончим рассмотрение «избранных» проектов ppm-2. Все остальные идеи такого же рода при тщательном анализе неизбежно оказываются неработоспособными.
Постоянные неудачи, преследующие всех изобретателей ррм-2, никак не охлаждают порывов наиболее активных их сторонников; они продолжают не только отстаивать, но и развивать свои идеи.
В качестве примера полезно привести отрывок из трудов к.т.н. Н.Е. Заева, который в 1976 г. громил термодинамику [83]83
Цитата из его труда, в котором он громил термодинамику [3.5] приведена на стр. 168.
[Закрыть], а потом, через 15 лет, перенес свои пророчества уже с теории на практику. Вот как он представляет себе энергетику ближайшего будущего [5.5].
«Энергетическое изобилие, как видим, может придти совсем не от изобилия огня, а с другой стороны… Концентраторы энергии окружающей среды (КЭС, кэссоры) на самых различных принципах – вот, основа энергетики изобилия. Для нее характерна локальность: как правило, энергия будет добываться на месте потребления (в домах, часах, приемниках). Автомобили станут электромобилями с непривычными формами. Новая деталь их – сильно развитые постоянно заиненные теплообменные поверхности. Эти радиаторы и будут поглощать тепло воздуха – преобразуемое в электроэнергию. Вдоль побережий озер и морей будут электростанции помощнее: ведь вода более богата теплом. Всеобщая доступность энергии положит конец урбанизации мира, начнется эрозия, растворение городов… Исчезнут всевозможные ЛЭП-100,500,1000 – ведь потери в них достигают 20%, остынут котлы ТЭЦ, утихнут гидротурбины, истлеют за ненадобностью подземные кабели».
Этот образец нового литературного жанра – «антинаучной фантастики» наглядно показывает, как далеко в сторону от реальности могут зайти «пророчества» людей, которые никак не могут усвоить научные положения, противоречащие их желаниям.
Бывают, правда, хотя и редко, случаи, когда «вечные двигатели» исправно работают. Но тогда в конечном счете неизбежно выясняется, что в основе их действия лежит вполне законная идея, не имеющая отношения к ppm-2. Некоторые из таких устройств описаны в следующем параграфе.
