КПД и Закон Сохранения Энергии

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Mir13

  • Гость
Advertisement
Мысли в слух:
КПД и Закон Сохранения Энергии, или еще одна попытка.

  Возможен ли генератор с КПД больше 1?
Когда задаешь этот вопрос, ответ очевиден НЕТ!
Почему? Да потому что согласно ЗСЭ затраченная и полученная энергия- равны.
Спорить с этим утверждением нет смысла, вся природа существует благодаря этому балансу.
  А теперь с этого места поподробнее.
Если вдуматься в этот закон, то он говорит о преобразовании энергии из одного проявления в другое.
Именно проявления, а не преобразовании самой энергии.
Если заранее размежевать понятия Энергии как таковой и той математической абстракции как «потенциальная», «кинетическая»  и т.д. энергии, то будет легче разобраться в процессах трансформации.
Если вернуться к ЗСЭ то там достаточно конкретно написано что невозможно получить больше энергии, чем было в источнике! В идеальном случае Ри = Рп.
Так как природа не идеальна, то на практике мы получаем меньше 100%. И вот тут вступает в работу так называемый КПД, и начинается подмена понятий!

Если взять абстрактный источник энергии и такой же абстрактный потребитель энергии, то потребитель из источника использует по назначению чуть меньше, чем источник выдал. Почему? Ответ очевиден, преобразование это тоже энергозатратный процесс.
Если следовать этой логике, то любой организм, живущий на земле должен тратить на поддержание своей жизнедеятельности больше энергии, чем получает!? Тогда возникает вопрос, как он вообще появился на свет и сколько он проживет?
Бред? Не факт!
Если расширить понятие КПД все станет на свои места!
КПД процесса преобразования энергии, никогда не перейдет через 100% (больше чем было в источнике, мы получить не сможем), но КПД механизма преобразования должно быть больше 100%, иначе та жизнь, которую мы воспринимаем как нашу реальность просто не могла появиться!


Так чей КПД мы используем при расчете механизмов? Процесса преобразования энергии или механизма, который управляет этим процессом?

Есть очень много думающих людей, которые сделали для себя выводы и разделили эти понятия, есть даже второе понятие-Коэффициент Эффективности Системы (именно системы управления Процессом), и эти люди, пытаются усовершенствовать этот механизм, не нарушая ЗСЭ.
Есть старая поговорка на счет плохого танцора, которому кое-что мешает, я рад тому факту, что природа не относится к этому танцору, и ей ни что не мешает преобразовывать (потреблять) энергию и развиваться.

Если рассмотреть процесс генерации «электроэнергии», то ни в одной формуле нет упоминания о «силе», «мощности» или «энергии» с которой этот процесс происходит. Есть только базовые исходные, которые в этом процессе участвуют.
Значит для самого процесса одинаково: автомобильный генератор и подключенный к нему двигатель автомобиля или автомобильный генератор и турбина самолета. КПД генерации (преобразования), останется одинаковым, и будет соответствовать ЗСЭ, но КПД этих устройств будет отличаться в несколько раз.
Путь «технического прогресса», по которому идет человечество напоминает именно танцора…

Индукция и самоиндукция, если спросить у любого школьника (который посещал уроки физики и при этом что-то зазубрил)
то он ответит- что самоиндукция это энергия запасенная катушкой и которая проявляется когда через катушку перестает течь ток от источника (очень упрощенно).
Разложим по полочкам:
Есть катушка индуктивности, подключаем к ней источник питания, при этом в катушке начали происходить процессы преобразования.
Часть энергии источника ушла на преодоление сопротивления проводника.
По «законам физики» часть энергии пошла на создание магнитного поля.
А что дальше?
Дальше в источник вернулась та часть энергии которая осталась.

Если взять приборы и измерить сопротивление катушки, силу тока и напряжение, то по закону Ома мы получим мощность этого потребителя. При этом на «создание» магнитного поля энергии вроде и не потратилось!
Где, в каком месте, в каком виде, и что осталось в катушке?

Но как только мы отключаем источник, из катушки происходит «выброс» «запасенной» энергии!!!
Ах да, это энергия «запасенного магнитного поля». Так мы все измерили и посчитали, кроме как на активное сопротивление проводника энергия больше никуда не расходовалась!?

Дальше-больше! Чем больше частота таких «подключений» тем больше обратная реакция.
Согласно правилу Ленца – «Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток».

 Так почему за почти 200 лет существования этого правила, до сих пор нет внятного объяснения, откуда этот ток берется, и что мы подразумеваем под понятием самоиндукция?
  Есть слабые попытки объяснить эти процессы через математические формулы и непонятную никому «Реактивную мощность», которая якобы есть, но ее использовать нельзя потому что она присутствует только в расчетах, а реальной пользы от нее нет. Можно составить еще кучу уравнений с интегралами, синусами и т.д. но четкой картины это все равно не дает.
Могу смело заявить, ни одна амёба не учила Закон Сохранения Энергии, и не знает что такое КПД, но это ей не мешает жить, получать энергию из вне, и пользоваться этой энергией для жизни. При этом ее Коэффициент Эффективности, явно больше 100% иначе она бы погибла после первой порции энергии, которую попыталась бы преобразовать для своих нужд.

А если все происходит иначе, если эта так называемая самоиндукция и есть та Энергия, которой мы пользуемся, и которую нам вырабатывают генераторы.
Если это ответ некой энергетической среды на возмущение пространства в данной точке?
Почему когда мы сжимаем пружину и она после этого принимает исходное положение выполняя при этом некую работу, нас это не удивляет? Да потому что именно этого мы и добивались!
При этом, само техническое исполнение любого генератора которым мы пользуемся направлено на подавление или ограничение этой самой самоиндукции или «ПротивоЭДС».
Т.е. мы преднамеренно после сжатия пружины пытаемся ее остановить на обратном ходу!
При этом большая часть усилий приложенных на «генерацию» Энергии мы тратим как раз на то чтобы подавить эту самую Энергию.
А если не мешать этой реакции, то КПД системы легко перепрыгнет через 100%, и мы будем получать почти в полном объеме энергию источника.
В случае электрического генератора, источником является магнитное поле, при этом каким образом это поле появилось возле обмотки генератора не важно. Важно только то, сколько энергии нужно приложить для того чтобы в данный момент времени в данной точке пространства проявилось поле с нужными нам параметрами.

Я считаю что только правильное понимание процесса генерации Энергии, поможет сконструировать правильный механизм для этого процесса.

Mir13

  • Гость
В продолжение темы попробовал разобраться с генератором.
Для начала, нужно разобраться с определением, что такое генератор.
Определение из «Википедии»:
«Генера́тор переме́нного то́ка (устаревшее «альтерна́тор») — электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.»

Давайте разберемся, каким образом механическая энергия «преобразовывается» в электрическую, и так ли это на самом деле.

Для этого разберем процессы происходящие во время работы генератора. Для упрощения возьмем обмотки статора без магнитопровода, т.е. просто катушки.

Рис. 1
 

Включаем привод генератора и ротор (индуктор) начинает вращаться.
В момент когда магнитное поле индуктора пересекает обмотку статора, в ней возникает ЭДС. Если нагрузка не подключена, механическая энергия вырабатываемая приводом расходуется только на преодоление трения в подшипниках и поддержание заданных оборотов ротора.
После подключения нагрузки, в обмотках статора потечет ток и соответственно в обмотках возникнет магнитное поле. Согласно правилу Ленца по ходу движения полюса ротора перед ним на статоре возникнет одноименный полюс, который будет стремиться его оттолкнуть назад, а позади полюса ротора на статоре возникнет разноименный полюс притягивающий его к себе, то есть опять же назад.

Рис. 2
 

Другими словами, начнется активное торможение ротора, и что бы этого не допустить, привод на поддержание заданных оборотов должен расходовать больше механической энергии. Т.е. механическая энергия расходуется на преодоление сопротивления созданного взаимодействием магнитных полей ротора и статора. Чем больше нагрузка генератора, а соответственно и вырабатываемая электрическая мощность, тем больше это сопротивление.
Подставим гипотетические числовые значения некоторым параметрам.
Магнитная индукция на полюсе ротора равна 1Тл.
Магнитная индукция на полюсе обмотки статора (при полной нагрузке) равна 1Тл.

Проведем эксперимент:
Возьмем несколько магнитов с такими же параметрами как у нашего генератора(габариты и остаточная намагниченность)
Одну часть магнитов закрепим на неподвижной поверхности, остальные закрепим на подвижной платформе.

Рис. 3
 

Как видно из рисунка, мы создали полную аналогию процесса происходящего в генераторе при максимальной нагрузке.
Для того, что бы мы смогли передвигать платформу вдоль неподвижных магнитов, нам потребуется затратить некоторое количество механической энергии. Если рассчитать количество механической энергии, которая расходуется приводом генератора при максимальной нагрузке и количество механической энергии приложенной к подвижной платформе, они окажутся равны.
Единственное отличие между нашим экспериментом и работой генератора заключается в том, что во время эксперимента мы не получили электрической энергии, а генератор при КПД 95% выработал на 1единицу приложенной механической энергии 0,95 электрической. При этом мы уже доказали, что вся механическая энергия была израсходована на преодоление сопротивления магнитных полей. Тогда откуда появилась израсходованная нагрузкой электрическая энергия. Если у нас генератор это «электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию», то получается что КПД этой машины, равен 1,95 или 195%
Из этого можно сделать два вывода:
1) Нарушается Закон Сохранения Энергии (но как мы все знаем, это не возможно!)
2) Генератор не преобразовывает механическую энергию в электрическую.
Второй вывод более логичен.
Материал из «Википедии»:

«В электродинамике закон сохранения энергии формулируется в виде теоремы Пойнтинга.
В словесной форме теорема может быть сформулирована следующим образом:

Изменение электромагнитной энергии, заключённой в неком объёме, за некий интервал времени равно потоку электромагнитной энергии через поверхность, ограничивающую данный объём, и количеству тепловой энергии, выделившейся в данном объёме, взятой с обратным знаком.»

Если еще проще то энергия отобранная с обмоток статора равна энергии отобранной из поля ротора.
 
Другими словами Если разделить приложенную механическую энергию, и выработанную электрическую, то ни какого нарушения ЗСЭ нет. Так же как и нет преобразования механической энергии в электрическую.

Если теоретически предположить что можно сконструировать генератор в котором, взаимодействие магнитных полей ротора и статора не будет тормозить привод, то привод на поддержание заданных оборотов генератора будет расходовать одинаковое количество Механической энергии, как под нагрузкой, так и без нагрузки.