Arskama.ru

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

Чему равно кпд вечного двигателя

Все прекрасно знают, что кпд не может быть больше 1, т.е. больше 100%. И это совершенно понятно, т.к. иначе этот коэффициент теряет свой смысл. Таким образом, мы не можем получить энергии больше, чем затратили. Верно? Ведь кпд не может быть больше 1 по определению ! А поскольку кпд равен отношению полезной энергии к затраченной, полезная энергия ну никак не может быть больше, чем затраченная энергия. Вроде бы всё верно и всё логично. Но это лишь вроде бы. А если копнуть поглубже, то оказывается, что в науке произошла страшная путаница . Это выражается в том, что по этой формуле нельзя рассчитать, например, кпд магнита и электрета, которые могут совершать работу против гравитационного поля Земли хоть 100 лет подряд, поднимая с неё различные предметы. Спрашивается, какой у них кпд и откуда они берут энергию? Так вот, от таких нескромных вопросов официальная лженаука стыдливо отводит глаза в сторону и начинает мямлить что-то себе под нос про работу, совершаемую потенциальным полем, кпд которой, почему-то, никак нельзя посчитать, ибо работа хоть и совершается, но энергия ни откуда не убывает . К тому же, в серьёзной научной литературе можно встретить такую откровеннейшую бредятину как электрон отдаёт энергию полю . Поле может передать энергию электрону, а вот электрон полю не может её передать при всём желании. А все эти казусы с полями и их энергиями появились тогда, когда добрые дяди промыли нам всем мозги относительно истинной формулы расчёта кпд. Что ж, заглянем в один из авторитетнейших источников информации в мире – Большую Советскую Энциклопедию, с робкой надеждой на просветление в уму .

Вот оно как получается! Читаем дальше.

Во как! Оказывается, полученная энергия запросто может оказаться больше затраченной и, следовательно, кпд, рассчитываемый по формуле η = может запросто равняться 2, 3, 10, 15, 100 и т.д. Так что же это за кпд такой, который может равняться 10000%. Правильно, ни какой это не кпд, а фигня на постном масле! Пресловутая формула η = – это злостная подмена понятий и наглое переопределение терминов! Вообще непонятно, откуда взялась эта формула. Но это теперь и не важно, т.к. мы всё-таки докопались до истины, узнав подлинную формулу для расчёта кпд. А теперь, давайте с вами разберёмся, что же это за новое для многих из нас понятие – суммарная энергия системы . Не знаю, как вы, но лично я предпочитаю термин полная энергия системы.

Итак, что же это такое? Ну, здесь без вариантов: энергия любой системы складывается из внутренней энергии самой системы и внешней энергии , сообщаемой системе извне . Говоря немного другими словами, внутренняя энергия системы – это та энергия, которую мы хотим получить из системы, а внешняя энергия – это та энергия, которую мы вынуждены затратить, чтобы система начала нам отдавать свою внутреннюю энергию. Разумеется, нам нет никакого резона затрачивать на ту или иную систему свою энергию, если при этом она не будет отдавать нам больше того, что мы в неё вложили. Это прекрасно знает любой инвестор, который вкладывает свою энергию в ту или иную экономическую систему. Но, вот курьёз, инвесторы, экономисты, да даже обычные люди это понимают, а умудрённые сединами профессора физики этого не понимают и упорно продолжают настаивать на агрегатах, пожирающие больше энергии, чем отдают! А те, которые отдают больше, чем получают – засекречивают и прячут в чулан, на дальнюю полку , словно и не было никогда ничего такого. Как такое вообще возможно? Если бы такой бедлам творился в мировой экономике, то вся человеческая цивилизация давно бы уже укатилась коту под хвост !

Представьте себе на минуточку, что на каждый посеянный центнер зерна вырастала бы не 1 тонна зерна, как то полагается, а 90 кг зерна! А агроном с тремя дипломами и с учёной степенью, рассказывал бы вам, какой это замечательный кпд – аж целых 90%, и что они работают над новыми, усовершенствованными сортами зерна, которое будет иметь кпд 95%, т.е. давать аж целых 95 кг на каждые 100 кг зерна! Да мы бы уже все давно с голоду повымерли с таким кпд! К счастью, в сельском хозяйстве ничего похожего нет, но, к несчастью, это есть в физике, и, как следствие, в технике, промышленности и энергетике. По-моему, пора с этим заканчивать!

Или вот другой пример.

Возьмём балерину. Дабы быть в форме, балерины сидят » на очень строгой диете – их рацион составляет не более 1000 ккал в день. При этом затрачивают балерины за один рабочий день порядка 8000 ккал. Если бы организм балерины получал энергию из пищи, как из некоего «топлива», как нам это преподносят умные мира сего , то балерине хватало бы сил разве что лежать целый день на диване.

Итак, выводы.

  1. Внутренняя энергия системы – это энергия, могущая быть высвобожденной, т.е. могущая стать полезной при определённых условиях, на создание которых необходимо затратить порцию внешней энергии.
  2. Полная энергия системы – это сумма полезной и затраченной энергии в рамках данной системы.
  3. Истинная формула для расчёта кпд выглядит следующим образом:

W пол — полезная энергия системы;

W затр — затраченная энергия системы;

W сум — суммарная энергия системы.

  • Вечный двигатель – это система, преобразующая свою внутреннюю энергию в полезную нам энергию, при условии, что полезная энергия превышает затраченную энергию, сообщаемую этой системе с целью создания условий для отбора энергии, при котором система возобновляет свою энергию из окружающей среды .
  • Ну и напоследок – небольшая история о том, как преподавали работу магнетрона в далёком 1974 году.

    В 1974 году на стенде – магнетронной установке непрерывного действия разработки Алексея Михайловича Бонч-Бруевича мощностью 300 Вт – пытливые студенческие умы выполняли одну из лабораторных работ. Анодное напряжение на магнетроне составляло 630 В . Анодный ток составлял 1,5 мА . Выход энергии – на активное сопротивление . Спираль нагревалась докрасна .

    Преподаватели на отчёте по лабораторной работе долбали студентов вопросами:

    Отвечали , что это ОТНИМАЕТСЯ ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОНОВ в электронно-плазменном роторе между катодом и анодом.

    Спрашивали : Что делает источник анодного напряжения, работающий на холостом ходу, и для чего нужен постоянный магнит?

    О. Для создания УСЛОВИЙ, при которых возможен отбор ВНУТРЕННЕЙ энергии электронно-плазменного ротора.

    С. Как рассчитывать кпд, если на выходе около 300 Вт , а магнит – ДАРОВОЙ , при этом анодный источник на холостом ходу?

    О. 300 ватт в числителе делим на ПОЛНУЮ энергию системы.

    С. Что такое ПОЛНАЯ энергия системы?

    О. Это полезная энергия + энергия дарового магнита + энергия анодного источника на холостом ходу. Поэтому кпд был МЕНЬШЕ 100%.

    Такие ответы уже были достаточны для ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ оценки.

    Так уж сложилось, что закон сохранения энергии – это святая святых официальной лженауки, а его нарушение влечёт за собой самые тяжёлые последствия: от публичных высмеиваний и блокировок на интернет-форумах, административных санкций до применения карательной психиатрии и высшей меры наказания – смерти . В России даже создана специальная комиссия для борьбы с нарушителями сего закона.

    Вот общепринятая, официальная формулировка закона сохранения энергии.

    И действительно, для изолированной системы подобное утверждение более чем справедливо. Однако возникает вопрос: где во Вселенной существуют изолированные системы.

    Как показывает практика – нигде, ибо даже в подземном царстве, в бункере на глубине 3 км, окружённом 10-метровой свинцовой стеной, будут присутствовать неэкранируемые излучения и поля. Поэтому, даже там не может существовать на 100% изолированная система, не говоря уже о других местах. Ну а если система изолирована не на 100%, а, скажем, на 99,9%, то, говоря неумолимо строгим языком науки, это никакая не изолированная система – это система открытая . А энергия открытой системы, как известно, может меняться. И она меняется! Вот только официальная лженаука этого в упор не видит, и видеть не хочет. Ну а те, кто это видит и понимает, подвергаются репрессиям со стороны Комиссии по борьбе с лженаукой и её вездесущих боевиков – троллей-комментаторов .

    Читать еще:  Характеристики двигателя хонда d17a

    Резюмируем вышесказанное.

    1. Закон сохранения энергии справедлив только для изолированных систем.
    2. Изолированных систем во Вселеннойне существует, равно как и сама видимая Вселенная таковой не является.
    3. В открытых системах закон сохранения энергии не выполняется.

    Итак, с этим более-менее разобрались. Однако на повестке дня ещё один важный вопрос.

    Постулат о невозможности совершения полезной работы потенциальным полем.

    Официальная лженаука в лице гинзбургов, кругляковых и иже с ними глаголит, что

    И действительно, трудно с этим не согласиться. Но далее эта самая лженаука в лице вышеупомянутых индивидуумов впадает в откровенную. логическую ошибку под названием некорректное следствие и утверждает:

    что есть величайшая и откровенная ложь. Почему ложь? Да потому что, исходя из вот этой формулировки, получается, будто бы тела могут двигаться лишь по замкнутым траекториям, что не соответствует действительности и является, по сути дела, намеренной промывкой мозгов.

    Возьмём для примера кирпич, лежащий на самом краю стола. Толкаем его мизинчиком, он падает и. раскалывает орех, совершая тем самым полезную работу . Следовательно, постулат о невозможности совершения полезной работы потенциальным полем экспериментально опровергнут. Вот так просто.

    Но это ещё не всё! Ещё возникает вопрос: откуда взялась энергия для раскалывания ореха. Из кирпича? Нет. От мизинца? Конечно же, нет. Так откуда же? Интуиция нам подсказывает, что из гравитационного поля. Но, если это действительно так, то, следуя логике закона сохранения энергии, энергия гравитационного поля должна уменьшиться! К несчастью, гравитационное поле совершенно неграмотно, и о законе сохранения энергии ничего не слышало, поэтому энергия его не уменьшится. Получается, что энергия взялась в прямом смысле слова из ниоткуда. Как же так?! Лженаука .

    Другой пример. Возьмём постоянный магнит и прикрепим его снизу к тому столу, на котором до этого лежал кирпич. Далее поднесём к магниту соответствующую ему по весу груз, например, гирьку. При достаточном их сближении произойдёт чудо : гирька воспарит вверх и, устремившись к магниту, сольётся с ним в крепких объятьях. Итак, полезная работа снова совершена – гирька поднята.

    Откуда взялась энергия. – спрашивается в задаче. Из гирьки? Нет. Из воздуха? Тоже нет. Так откуда же? По идее, из магнитного поля . Но тогда, в соответствии с логикой закона сохранения энергии, энергия магнитного поля должна уменьшиться! Но магнитное поле столь же неграмотно, как и гравитационное, поэтому энергия его останется прежней .

    Получается, что и здесь энергия взялась из ниоткуда. Опять лженаука .

    Ну и третий пример. Возьмём электрет. В поле этого электрета будут самопроизвольно ускоряться электроны, протоны, ну и прочие заряженные частицы. Спрашивается: откуда берётся энергия на их ускорение? Из электрического поля? Если так, то, следуя логике закона сохранения энергии, энергия поля должна уменьшиться. Однако его энергия не уменьшится хотя бы потому, что пролетающим мимо частицам не под силу хоть как-то повлиять на поляризацию электрета . Снова энергия берётся из ниоткуда!

    — Каравул . Кругом лженаука . – должны воскликнуть лжеучёные-физики, ибо оказывается, что потенциальное поле таки может использоваться для совершения полезной работы! Осталось лишь ответить на вопрос: откуда берётся энергия на совершение полезной работы. Если не из ничего , то из чего? Однако, пролистывая официально-лженаучные учебники, мы слышим в ответ лишь шелест бумаги и гробовую тишину, доносящуюся из них, как из гробницы, в которой похоронена истина.

    Остаётся лишь пожелать удачи официальной лженауке в поиске ответа на этот поистине детский вопрос, ибо если эфира нет, а пространство – пустое, как утверждает концепция дальнодействия, безраздельно властвующая в официальной лжефизике, то, лженауке с этой задачей не справиться, ибо поле с точки зрения этой концепции – это ничто , а не особая форма материи , как это чёрным по белому написано в словарях и энциклопедиях. А как эту особую форму материи назвать – эфир, оргон, флогистон, квантовый бульон, физический вакуум или поле – дело десятое. Главное, чтобы в головах профессоров и студентов начало возрождаться понимание того факта, что поле – материально . Другими словами, поля – это вихревые и ламинарные потоки материи , а не математические абстракции , обозначаемые буковками B, H, E или D . Именно это очень важно понять.

    Данное понимание утрачивалось на протяжении века – с приходом к власти Эйнштейна, его СТО и концепции пустого пространства. Впрочем, даже Эйнштейн осознал, какую глупость он совершил, поэтому 15 лет спустя, в 1920-м году, он написал в своей статье Эфир и теория относительности :

    Итак, Эйнштейну потребовалось 15 лет на то, чтобы осознать и признать своё заблуждение об отсутствии эфира в природе и ничтожности вакуума и пространства. Интересно, сколько должно пройти времени, прежде чем сегодняшние академики осознают и признают свои заблуждения?

    Впрочем, Нобелевский лауреат Макс Планк как-то сказал, что новая научная истина торжествует не потому, что её противники признают своё заблуждение, а потому, что со временем они вымирают, а подрастающее поколение изучает эту новую истину с самого начала.

    Именно это сейчас происходит. Круглякова и Гинзбурга уже нет. Скоро и других не останется.

    научная статья по теме Феноменологическое опровержение проекта фотонного вечного двигателя Биология

    Цена:

    Авторы работы:

    Научный журнал:

    Год выхода:

    Текст научной статьи на тему «Феноменологическое опровержение проекта фотонного вечного двигателя»

    горения твёрдого топлива. — Ижевск: ИМИ, 1990. — 108 с.

    4. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М.: Мир, 1990. — Т. 1. — 726 с.

    5. Громадка II. Т., Лей, Ч. Комплексный метод граничных элементов в прикладных науках. -М.: Мир, 1990. — 303 с.

    6. Тененев В.А., Русяк И.Г. Численное решение задач гидродинамики и теплообмена в областях сложной формы: Учебно-методическое пособие. Ижевск: Издательство ИжГТУ, 1996. — 60 с.

    © А. В. Корепанова, 2009

    Материал поступил в редакцию 16.04.2009

    ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПРОВЕРЖЕНИЕ ПРОЕКТА ФОТОННОГО ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

    В статье приводится описание принципов действия воображаемого фотонного вечного двигателя, принципы действия которого обоснованы с точки зрения достигнутого уровня физики. Тем не менее, фотонный вечный двигатель неосуществим, поскольку противоречит фундаментальному закону физики.

    Ключевые слова: вечный двигатель, закон сохранения энергии, световой поток.

    Закон сохранения энергии является одним из самых фундаментальных законов физики. Следствием из закона сохранения энергии является невозможность вечного двигателя, а частности из первого закона термодинамики невозможен вечный двигатель первого рода. Вечный двигатель первого рода есть машина, производящая больше энергии, чем затрачено на её работу, то есть КПД в такой машине превышает 1,00. Попытки изобрести вечный двигатель предпринимались до формулировки закона сохранения энергии и после него. Первое упоминание о вечном двигателе встречается в XI веке, с тех пор за восемь веков создавалось великое множество проектов вечных двигателей, все они были обречены на провал. Причинами безуспешности проектов вечных двигателей являлись либо недостаточный уровень развития физики, либо недостаточный уровень знания этих законов физики авторами проектов. Всем проектам вечных двигателей свойственно отсутствие теоретического обоснования принципа действия, которое было бы основано на данном уровне развития науки.

    Интересным является проект «Фотонного вечного двигателя», который является вечным двигателем первого рода (КПД > 1,00). Этот проект обладает важным качеством, отличающим его от всех прочих проектов вечных двигателей — теоретическое обоснование принципа действия, которое основывается на известных законах физики для существующего уровня развития науки.

    Принцип действия «Фотонного вечного двигателя» основан на следующих принципах:

    1. Свойства светового потока не изменяются при прохождении через пространство. Постоянство скорости света (Эйнштейн), попытки экспериментального обнаружения структуры пространства по характеристикам электромагнитного излучения приходящего от дальних астрономических объектов не установили влияния пространства на световой поток.

    2. Фотоны полностью отражаясь от отражающих поверхностей (зеркал) не изменяют своих характеристик (частота). То есть, при отражении фонов от неподвижного зеркала поток фотонов сохраняет энергию и изменяет направление движения. Направление потока фотонов возможно сделать обратимым между зеркалами, таким образом, все зеркала системы будут воспринимать отражения светового потока на протяжении множества обратимых циклов отражения [1, 2, 3].

    Читать еще:  Что под клапанами двигателя ваз 2110

    3. Фотон при отсутствии внешнего влияния распространяется в пространстве прямолинейно и его энергия не уменьшается с расстоянием при перемещении. Из этого следует, что без учета эффекта Доплера при смещении зеркал оптического резонатора величина давления света на зеркала оптического резонатора будет постоянной.

    4. Поток фотонов оказывает силу на поверхность, на которую падает, называемую давлением света (Лебедев). Давление света на некую поверхность пропорционально интенсивности светового потока, площади поверхности, на которую этот поток падает (при равномерной плотности энергии светового пятна), а также от степени прозрачности, а если поверхность непрозрачна только от коэффициента отражения поверхности. Давление света на абсолютно отражающую поверхность вдвое больше давления света того же потока света на абсолютно поглощающую поверхность [4, 5].

    5. Фотоны изменяют свои характеристики при отражении от движущегося зеркала. При отражении от удаляющегося зеркала возникает доплеровское «красное смещение» (снижение частоты отраженного света). Ключевым является то, что эффект Доплера («красное смещение») пропорционален только скорости удаления зеркала от источника (детектора) фотонов, чем больше скорость удаления зеркала тем сильнее эффект Доплера. Величина эффекта Доплера не зависит от величины давления света, то есть величина механического импульса на зеркале при отражении светового потока будет постоянной, независимо от скорости движения зеркала [6].

    6. Закон сохранения импульса: ш1у1 = т22. Таким образом, чем больше масса т1 в сравнении с т2, тем скорость меньше скорости 2. Если фотоны будут отражаться от зеркала с достаточно высокой массой, то импульс давления света сдвинет зеркало с достаточно малой скоростью, чтобы эффектом Доплера можно было пренебречь [7, 8].

    7. Коэффициент отражения. Теоретически возможно абсолютное отражение, (коэффициент отражения Я = 1,00), если отражающая поверхность металла охлаждена до абсолютного нуля [9, 10, 11]. В данном случае имеет место третий закон термодинамики, следствием которого является невозможность достижения абсолютного нуля [12]. Абсолютное отражение невозможно, но достаточно ли максимально возможного коэффициента отражения, чтобы достичь КПД > 1,00?

    Но абсолютного отражения не требуется, поскольку для достижения КПД > 1,00 на обоих зеркалах требуется конечное количество циклов отражения (с / 2, что равно около 150 000 000 отражениям), а теорема Непера указывает на асимптотическое приближение к абсолютному нулю. Чем температура ближе к абсолютному нулю, тем больше циклов отражения могут произойти, следовательно, в тот момент, когда охлаждение перейдет величину достаточную для осуществления с /2 циклов отражения, то КПД устройства превзойдет 1,00.

    8. Факторы, которыми можно пренебречь при рассмотрении принципа действия: наличие газа и других частиц в пространстве, где проходит свет, которые могут искажать световой поток (поглощать, рассеивать и прочее), внешние магнитные и гравитационные поля (от планет и других объектов), возможность замкнутость светового потока между глухими зеркалами (например, при аннигиляции между зеркалами), исключение факторов интерференции, дифракции и принадлежности фотонов к фермионам (возможно рассмотрение системы с единственным фотоном).

    Воплощение всех вышеприведенных условий в едином техническом решении позволит, якобы, осуществить проект машины, в которой КПД превысит 1,00, то есть будет получен вечный двигатель первого рода. В данном проекте вечного двигателя ключевым моментом является наличие теоретического обоснования принципа действия. Проект «фотонного вечного двигателя» представляет собой образец физически обоснованного технического решения. Тем не менее, при теоретическом обосновании принципа действия, устройство, воплощающее в себе принципы «фотонного вечного двигателя», также как и другие проекты вечных двигателей обречен остаться неосуществимым. Неосуществимость проекта кроется в том, что законы физики, на которых основан принцип действия фотонного вечного двигателя, являются производными от совокупности более фундаментальных законов природы, в свою очередь одним из таковых является закон сохранения энергии. Таким образом, более фундаментальное противоречие (противоречие более фундаментальным принципам и законам) отменяет менее фундаментальные противоречия (противоречие менее фундаментальным принципам и законам), что, собственно, и представляет собой феноменологическое опровержение.

    СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

    1. Матвеев А.Н. Оптика. — М.: Высш. шк., 1985. — 106-107 с.

    2. Ладсберг Г.С. Оптика. 6-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — 14-15 с.

    3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т5. Оптика. 3-е изд. — М.: Физматлит, 2005. — 12-17 с.

    4. Матвеев А.Н. Оптика. — М.: Высш. шк., 1985. — 28-29 с.

    5. Ладсберг Г.С. Оптика. 6-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — 601-604 с.

    6. Ладсберг Г.С. Оптика. 6-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — 397-401 с.

    7. Савельев И.В. Основы те6оретической физики. Т1. Механика, электродинамика. 2-е изд. -М.: Наука, 1981. — 38-39 с.

    8. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т1. Механика. 4-е изд. — М.: Физматлит, 2005. — 37 с.

    9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т5. Оптика. 3-е изд. — М.: Физматлит, 2005. — 319 с.

    10. Прохоров А.М. Физическая энциклопедия, Т2. — М.: Сов. Энцикл., 1990. — 546 с.

    11. Яворский Б.В., Детлаф А.А. Справочник по физике. — М.: Наука, 1977. — 144-145 с.

    12. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т2. Термодинамика и молекулярная физика. 5е-изд. — М.: Физматлит. 2005. — 313-317 с.

    © С. Н. Савинов, 2009

    Материал поступил в редакцию 15.05.2009 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

    ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ СЕМАНТИЧЕСКОГО ВЕБ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГРИД-ПРИЛОЖЕНИЙ

    А. В. ЯШКИН, аспирант

    Владимирский государственный университет ул. Горького, 87, г. Владимир, Россия, 600000

    Данная статья посвящена анализу возможности и актуальности применения семантических веб технологий для создания грид-приложений основанных на сервис-ориентированной архитектуре, а также структуры и этапов разработки подобных приложений.

    Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

    5.3. Второе начало термодинамики

    Конечно, сравнение лишь двух циклов с циклом Карно не может служить доказательством максимальной (по КПД) эффективности последнего. Но даже если мы переберем все мыслимые циклы, то все равно искомого доказательства не получим. Ведь в цикле Карно в качестве рабочего тела используется идеальный газ. Быть может, если заставить работать какое-либо другое вещество, мы сумеем превзойти КПД цикла Карно? Вообразим, что такая тепловая машина X принципиально возможна, и посмотрим, к каким последствиям это приведет. Используя эту гипотетическую тепловую машину с КПД х, соорудим новую установку: соединим машину X с холодильной установкой Карно и подсоединим их к одному и тому же нагревателю (находящемуся при температуре Т1) и холодильнику (находящемуся при температуре Т2). Схема установки изображена на рис. 5.6.

    Рис. 5.6. Гипотетическая тепловая машина, позволяющая обосновать невозможность вечного двигателя второго рода

    Как будет работать наш агрегат? Машина X забирает теплоту Q1 от нагревателя, часть ее превращает в полезную работу

    передает холодильнику. Вся полезная работа А (предполагается, что исключены потери энергии) используется для приведения в действие холодильной установки Карно, КПД которой равен

    а холодильный коэффициент

    (см. выражения (5.13)). Это значит, что установка Карно забирает из холодильника теплоту

    и передает нагревателю теплоту

    где, напомним, С КПД тепловой машины Карно.

    В результате действия агрегата из двух машин получился следующий итог. Никакой работы не произведено, так как вся работа от действия тепловой машины X потрачена на приведение в действие холодильной установки Карно. От холодильника отнято количество теплоты

    Точно такое же количество теплоты передано нагревателю: как следует из (5.15),

    Так что с законом сохранения энергии у нас все в порядке, но если Х > С, то

    Это значит, что наш агрегат без всякой работы внешних сил передал какое-то количество теплоты от холодильника к нагревателю. Казалось бы, что беспокоиться не о чем, раз закон сохранения энергии не нарушен. Но никто в природе не наблюдал таких процессов передачи тепла от холодных тел к горячим, при которых в окружающей среде не происходило каких-либо изменений. В конечном итоге на основе опытных фактов было сформулировано второе начало термодинамики:

    Невозможны термодинамические процессы, единственным результатом которых был бы переход тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому.

    Читать еще:  Что смешивает топливо в дизельном двигателе

    Не следует думать, что второе начало термодинамики запрещает передачу тепла от холодного тела к горячему. Отнюдь нет, в холодильной установке так и происходит. Но ключевое слово в формулировке второго начала — это слово единственный. Передача тепла от холодного тела к нагретому — не единственный результат действия холодильной установки, она связана с внешним источником, за счет работы которого и функционирует.

    Многочисленные опыты и наблюдения привели ко второму началу термодинамики и пониманию, что оно является фундаментальным законом природы. Коль скоро это так, то из второго начала следует вывод: КПД любой гипотетической тепловой машины X не превосходит КПД машины Карно, работающей в том же интервале температур:

    Последнее означает, что минимальная температура рабочего тела машины Х не меньше температуры холодильника машины Карно и максимальная температура рабочего тела машины Х не больше температуры нагревателя машины Карно. Если эти неравенства не выполнены, то соотношение между КПД двух машин может быть любым. Данное обстоятельство явно учтено в комбинированной машине, изображенной на рис. 5.3: у машины Х и машины Карно общие нагреватель и холодильник.

    У второго начала термодинамики есть и другая формулировка:

    Невозможно осуществление периодического процесса, единственным результатом которого было бы получение работы за счет тепла, взятого из одного источника.

    Иными словами, нельзя построить установку, где все тепло Q1, полученное от нагревателя, преобразовывалось бы в полезную работу Ац = Q1. Тогда КПД такой установки (ее называют вечным двигателем второго рода) равнялся бы единице и превысил бы КПД цикла Карно. Таким образом, второе начало термодинамики запрещает существование вечного двигателя второго рода: какое-то количество полученного тепла обязательно должно быть передано другим телам (холодильнику). Изобретателям остается только пожалеть об этом. Как было бы здорово, если бы можно было использовать огромную тепловую энергию, накопленную, скажем, в Мировом океане! Увы, мы вынуждены сжигать топливо, что приводит и к расходованию природных ресурсов, и к выбросу углекислого газа и прочих продуктов сгорания, и к тепловому загрязнению окружающей среды вследствие принципиальной необходимости отводить часть теплоты в атмосферу или водоемы, играющие роль холодильника.

    Вопрос о КПД тепловых машин тесно связан с проблемой обратимости термодинамических процессов.

    Обратимый процесс — это термодинамический процесс, который может быть проведен в обратном направлении через ту же последовательность равновесных состояний, что и в прямом направлении; при этом в окружающей среде не произойдет никаких изменений.

    Обратимость процессов в термодинамике сродни отсутствию трения в механике. Так же как в механике наилучшим механизмом является механизм без трения, так и здесь наилучшей тепловой машиной является обратимая машина. Чтобы показать это, снова обратимся к нашему агрегату на рис. 5.3. Мы не предполагали, что машина X обратима, но получили, что ее КПД не может превышать КПД тепловой машины Карно, работающей в паре с ней в обратном направлении:

    Пусть теперь машина X будет обратимой. Запустим наш агрегат в обратном направлении: машина Карно производит полезную работу, и она используется для запуска машины X как холодильной установки. Но тогда с помощью таких же аргументов мы получим противоположное неравенство

    Из двух противоположных неравенств следует единственный вывод: КПД обеих машин равны:

    Таким образом, все обратимые тепловые машины имеют одинаковый КПД, совпадающий с КПД машины Карно. Необратимые же машины имеют меньший КПД.

    Какие машины в принципе могут быть обратимыми? Мы видели, что тепло может течь только от нагретых тел к холодным. Это и создает необратимость и неравновесность подобных процессов. Есть два исключения. В адиабатном процессе вообще не происходит передачи тепла. Медленно сжимая поршнем газ в теплоизолированном сосуде, мы совершаем работу, нагревая при этом газ. Если отпустить поршень, то газ адиабатно расширится, охладившись до прежней температуры и совершив то же количество работы за счет своей внутренней энергии. Мы имеем дело с обратимым процессом. Другой обратимый процесс — это передача тепла от одного тела к другому при одинаковой температуре тел. Тогда тоже нет выделенного направления переноса тепловой энергии, и такой (изотермический) процесс также будет обратим, он должен происходить бесконечно медленно и поэтому будет равновесным. Таким образом, обратимыми могут быть адиабатный и изотермический процессы и любой цикл, построенный из таких процессов. С одним из них — циклом Карно — мы уже знакомы.

    Но если тепло переносится при разных температурах контактирующих тел и тем более, если в системе есть трение или иные потери энергии, если в газе возникают ударные волны, вихри, турбулентности и т. п., то процесс будет неравновесным и необратимым. Так, взрыв паров бензина в цилиндре автомобильного двигателя не является обратимым процессом: движение поршня в обратном направлении никогда не приводит к рекомбинации продуктов взрыва обратно в пары бензина.

    Следствием второго начала термодинамики является утверждение:

    Все реальные процессы являются неравновесными и необратимыми.

    В МФТИ создают «локальный» вечный двигатель второго рода

    Второй закон термодинамики гласит, что тепловая энергия не может переходить от менее горячих объектов к более горячим, или, в иной формулировке — величина энтропии (степени неупорядоченности) в замкнутой системе либо растёт, либо остаётся постоянной. Согласно ещё одной формулировке закона, КПД тепловой машины никогда не может достигать 100%, иными словами, невозможен вечный двигатель второго рода.

    «Любой тепловой двигатель состоит из нагревателя, который собственно и является источником энергии, и холодильника, задача которого состоит в охлаждении рабочего тела двигателя. Холодильник понижает энтропию двигателя и при этом неизбежно тратит впустую часть тепловой энергии, полученной от нагревателя. Именно поэтому КПД теплового двигателя никогда не достигает 100%», — поясняет ведущий автор исследования Андрей Лебедев , сотрудник Технического университета Цюриха и МФТИ.

    Ранее группа под руководством ведущего научного сотрудника Лаборатории квантовой теории информации МФТИ и Института теоретической физики имени Л. Д. Ландау РАН Гордея Лесовика , пытаясь доказать справедливость второго закона термодинамики для квантовых систем, обнаружила , что в квантовом мире он может при определённых условиях нарушаться.

    Оказалось, что в квантовых системах относительно небольшого, но макроскопического размера — сантиметры и даже метры (в линейном измерении) — энтропия может снижаться, но этот процесс происходит без передачи тепловой энергии, за счёт явления квантовой запутанности.

    Гордей Лесовик и Андрей Лебедев (слева направо). Фото Евгения Пелевина, пресс-служба МФТИ.

    В новой статье Лебедев, Лесовик и их коллеги из Цюриха описали квантовую тепловую машину, КПД которой может достигать 100%. Она состоит из нескольких квантовых элементов — кубитов, которые могут находиться в состоянии квантовой запутанности друг с другом. Один из кубитов поглощает тепло, но в силу его квантовой природы эту энергию можно использовать только с вероятностью 50%. Чтобы извлекать энергию с вероятностью 100%, нужно снизить его энтропию, сделать это состояние «чистым» (в терминологии квантовой механики). Эту задачу решает вспомогательный чистый кубит, который обменивается своим квантовым состоянием с термализованным «грязным» состоянием рабочего кубита. Важно, что при этом передачи энергии между двумя кубитами не происходит.

    «Можно сказать, что избыточная энтропия телепортируется из системы наружу во вспомогательный кубит, который играет роль квантового „демона Максвелла“», — говорит Лесовик.

    После «вычищения» рабочего кубита оказывается, что собрать энергию с вероятностью 100% в одном кубите — это всё ещё непростая задача. Чтобы её решить, пришлось вдвое увеличить число рабочих элементов — кубитов.

    «Финальная часть цикла — „демонские“ ( их, кстати, по смыслу можно назвать скорее „ангельскими“ — за их очистительно-информационную деятельность) кубиты нужно почистить обычным образом, с затратой энергии, но это происходит вдали от системы. Важно подчеркнуть, что на этой стадии в объёме, заключающем в себе и систему и „демона/ангела“, справедливость второго закона восстанавливается», — говорит Гордей Лесовик.

    Сейчас группа занимается детальной разработкой установки для экспериментальной проверки своей теории на базе сверхпроводящих кубитов — трансмонов.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector