Тема: Вечный двигатель второго рода

[Nitsu Gaash]

Цикл Карно для тепловых машин лёг в основу второго начала термодинамики, но, как по мне, это довольно опрометчиво - распространять закономерность в локальном разделе физики на всю физику в целом. То устройство, которое я опишу, не попадает под описание тепловых машин, на которые распространяется второе начало, т.к. в нём фактически тепло не передаётся, а само по себе выполняет работу.

Как мы знаем из школьного курса физики и из повседневного опыта, любой, нагретый выше абсолютного нуля температуры, газ обладает внутренней энергией. 1 кубометр воздуха при температуре около 20 градусов по Цельсию и давлению 100 кПа обладает внутренней энергией, равной приблизительно 250 кДж. Это эквивалентно потенциальной энергии поднятого на высоту 30 метров легкового автомобиля.

С середины XIX века научной общественности и простому обывателю начали промывать мозги "тепловыми машинами", где тепло передаётся от более нагретого тела к менее нагретому. Таким образом, тепло выполняет работу, но также неизбежно выравниваются температуры обеих тел. Этот способ, заранее гиблый и бесперспективный, тем не менее, используется в большинстве случаев для генерации энергии из полезных ископаемых, и ведёт к истощению ресурсов планеты и загрязнению окружающей среды вредными выбросами. На днях мне пришла мысль: а есть ли какой-нибудь другой способ?

Я признаю, что эта мысль проста, как пробка, но не понимаю, как до неё ещё не додумался кто-либо. Либо все подобные мысли и разработки тщательно подавляются, либо люди в научных кругах слишком зомбированы вторым началом термодинамики. Либо и то и другое (что более вероятно на мой взгляд).

А мысль такова: нужно заставить газ адиабатно расширяться в пустоту, передавая через поршень/гибкую перегородку свою внутреннюю энергию и преобразовывая её в полезную работу. Когда газ выполнит работу и расширится, его внутренняя энергия уменьшится, тем самым позволяя поршню/гибкой перегородке затратить меньшие усилия для сжатия его до первоначального объёма. То есть:
1) Мы открываем доступ к рабочей камере для газа из окружающей среды с одной стороны поршня/гибкой перегородки, поддерживая глубокий вакуум с другой стороны поршня/гибкой перегородки. Поршень/гибкая перегородка в это время должны быть надёжно зафиксированы, чтобы не быть единожды вдавленными давлением газа из окружающей среды. Энергия на данном этапе в виде хаотичного движения молекул газа поступает извне.
2) После того, как мы закроем рабочую камеру и теплоизолируем её от окружающей среды, освобождаем поршень/гибкую перегородку. Поршень/гибкая перегородка движется под действием градиента давления и выполняет полезную работу. Энергия на данном этапе в виде упорядоченного движения переходит от газа через поршень/гибкую перегородку к двигателю/генератору (максимум).
3) Далее, когда газ расширился, затрачивается незначительная часть энергии для сжатия его до первоначального объёма. Энергия на данном этапе в виде упорядоченного движения переходит от двигателя/генератора через поршень/гибкую перегородку к газу (минимум).
После этого этапа поршень/гибкая перегородка снова фиксируется, и рабочая камера открывается для освобождения охлаждённого газа и принятия новой порции газа из окружающей среды. Цикл повторяется снова.

На рисунке показаны все три этапа, растянутые на пять частей. Думаю, вы разберётесь, где какой этап. От синего до голубого цветов показаны, соответственно, по убыванию уровни внутренней энергии газа.

Итак, здесь представлено описание такого простого, на первый взгляд, устройства. Если это было изобретено раньше, то я об этом не знал.

Прошу админа отнестись к этому устройству серьёзно, т.к. в нём нет явных противоречий и оно основано на уже известных физических закономерностях. То есть, его работу легче объяснить, и большему количеству людей будет под силу понять принцип его действия.

[Nitsu Gaash]

Проанализировав работу в теории, я пришёл к выводу, что для того, чтобы устройство работало, его нужно расположить вертикально. Желательно стороной с вакуумом вниз. Тогда газ сконденсируется при опускании поршня, и наверх его уже поднять не составит большого труда. То есть, основной принцип остался, но немного изменились детали. Не суть важно.

[experienced]

…. где тепло передаётся от более нагретого тела к менее нагретому….

К счастью это так и подругому быть не может. Интерпретировать  этот процесс можно как одну из форм проявления закона сохранения энергии. Так что, в этом плане никто, никому , лапшу на уши не вешает.
Тут у вас, все несколько смешано в кучу. Вопрос правильно было бы поставить так: возможно ли затратить энергии меньше, чем ее нужно для того что - бы, “перекачать”  некоторый ее объем , от холодного тела, к горячему ? Да, возможно.
Только рассматривать этот вопрос, надо не так как делаете это Вы. Поясню на примере:
Полная энергия любой системы, всегда = 0 (нулю). Если у вас есть некоторое тело, то его температура в нормальном состоянии (условии) равна по всему его объему. Предположим ,  Вы начали “перегонять” энергию с одного его края, на другой. При этом, допустим , один остыл на 1 градус, другой, ровно настолько же нагрелся. (Все цифры условные) Т.е, была произведена некоторая работа по внутренней разбалансировке системы ,  и именно эта работа, требует 1 Дж энергии. Не больше, не меньше.
Обратите особое внимание: один край нагрелся за счет остывания (энергии) другого, а не за счет той энергии, которую Вы затратите  на перемещение первой от одного края, к другому. Это, есть суть совершенно разные вещи.
Понятно, для совершения этой работы,  означенный  джоуль, должны предоставить Вы.
Ключевой вопрос – а можно ли сделать так, что бы именно вы , отдали меньше требуемого ? Да, можно. Тогда вскочил другой вопрос – но как же так. Раз на совершение работы требуется ровно одна единица энергии , а мы отдаем всего , допустим 0.5, откуда же возьмется  другая ? Это же противоречит закону сохранения энергии. Вопрос правильный. А вот ответ: именно в силу действия ЗСИ, недостающую часть, “подкинет” “ пространство”.
Весь вопрос в том, как именно мы будем “подкидывать” и как именно будет вести себя пространство. Сейчас стандартная ситуация – делаем полезную , с нашей точки зрения ,работу  при этом,  в прямом смысле,  насилуя пространство, на что , опять же требуется дополнительная энергия.
Пост получается великоват, а посему становится труден  для восприятия. Продолжу немного позже и с анализом Вашей идеи.

[Nitsu Gaash]

Уважаемый experienced, вы, кажется, не совсем поняли смысл устройства, описанного мною. Начну по-порядку:

…. где тепло передаётся от более нагретого тела к менее нагретому….

К счастью это так и подругому быть не может. Интерпретировать  этот процесс можно как одну из форм проявления закона сохранения энергии. Так что, в этом плане никто, никому , лапшу на уши не вешает.
Тут у вас, все несколько смешано в кучу. Вопрос правильно было бы поставить так: возможно ли затратить энергии меньше, чем ее нужно для того что - бы, “перекачать”  некоторый ее объем , от холодного тела, к горячему ?

Здесь тепло не передаётся от более нагретого тела к менее нагретому, так как формально "вакуум" - не тело, и у него нет структурных единиц (по крайней мере, таких "крупных", как атомы и молекулы). Тепловая энергия не передаётся вакууму, а прямо воздействует на поршень, который является единственной подвижной стенкой сосуда, на которую давление газа оказывает прямое движущее воздействие. За поршнем же никакого давления нет вследствие вакуума.

Полная энергия любой системы, всегда = 0 (нулю).

Не совсем вас понял. Видимо, вы имели ввиду что-то другое..

Предположим ,  Вы начали “перегонять” энергию с одного его края, на другой. При этом, допустим , один остыл на 1 градус, другой, ровно настолько же нагрелся.

При адиабатном расширении газ остывает по всему объёму, а не только в какой-то одной его части. Всё наше внимание должно быть обращено на подвижную стенку сосуда (поршень), т.к. именно она отбирает внутреннюю энергию газа при движении.

Далее вы пошли не в ту сторону в своих рассуждениях, т.к. базово не поняли меня в самом начале.

Хотелось бы обратить внимание на мою начальную ошибку: при расширении газа и отнятии у него энергии мы должны добиться понижения его внутренней энергии на столько, чтобы он сконденсировался. То есть, нельзя, чтобы молекулы газа свободно "шлялись" по всему объёму сосуда. Этого можно добиться опусканием поршня в гравитационном поле под действием собственной массы, когда сверху поршня находится газ, обладающий внутренней энергией, а снизу - вакуум, который не оказывает сопротивления. Даже наоборот - благодаря вакууму и осуществляется главная задумка изобретения. Когда благодаря силам межмолекулярного взаимодействия реального газа выпадет конденсат, в дело вступит гравитация и, опять-таки, те же силы межмолекулярного взаимодействия, не позволяющие жидкости вновь стать газом при поднятии наверх. Масса жидкости не сильно будет влиять на затраты энергии для поднятия наверх, т.к. даже малый объём газа может обладать внутренней энергией на порядок большей, чем потенциальная энергия массы этого газа, поднятого на некоторую высоту.

В общем, у меня тоже пост получился великоват и сложен для восприятия. Надеюсь, с первых слов вы поймёте, что к чему. Важно добиться взаимопонимания.

[кейси]

вопрос-----как "за не дорого" побыстрому проверить данную идею? Надо взять пневмоцилиндр с манометром,  расположить его горизонтально, подсоеденив его к маховому колесу. (все как у вас на картинке)  Проверяем, сможет ли установка сделать один оборот.....т е путем охлаждения газа, вернуться к исходному давлению......

[Nitsu Gaash]

вопрос-----как "за не дорого" побыстрому проверить данную идею? Надо взять пневмоцилиндр с манометром,  расположить его горизонтально, подсоеденив его к маховому колесу. (все как у вас на картинке)  Проверяем, сможет ли установка сделать один оборот.....т е путем охлаждения газа, вернуться к исходному давлению......

Не пойдёт. Всё слишком просто с пневмоцилиндром и манометром, нет подходящих условий. Нужны вакуум и теплоизоляция. А насчёт возврата к исходному давлению - я же вроде писал выше, что это моя ошибка и нужно добиться конденсации, а не сжимать только охлаждённый газ. Читать надо внимательнее.

[Nitsu Gaash]

Хотя, в принципе, пневмоцилиндр может пригодиться вот для чего.. Можно проверить, как себя будут вести газы при расширении/сжатии, температура конденсации которых не очень низкая и лежит в пределах 20-30 градусов от комнатной. Плюс проводить эксперимент достаточно быстро, чтобы процессы расширения/сжатия были как можно более приближёнными к адиабатным. Нужно резко расширить газ, чтобы выпал конденсат, а после этого резко его сжать до начального объёма. И посмотреть, что будет с конденсатом: испарится ли он полностью, либо хоть какая-то его часть останется. Если останется - это успех. Если весь конденсат испарится - это неудача.. Да, ещё если не весь конденсат испарится, но над ним будет такое же давление, что и раньше, при первоначальном объёме - это тоже неудача, так что манометр тоже пригодится. Кто-нибудь знает газ с не очень низкой температурой конденсации? Такой, чтобы его можно было легко достать, и желательно не ядовитый.

[Nitsu Gaash]

Хотелось бы немного пофилософствовать..

Первое начало термодинамики - это мудрость, наблюдаемая везде и повсюду. Даже логически можно прийти к выводу, что если где-то чего-то прибавилось, то где-то чего-то должно убавиться. Это бесценное свойство нашей реальности, позволяющее стабильно существовать микро- и макросистемам. Мы живём благодаря этому свойству.

Второе начало термодинамики - это глупость, распространённая на всё и вся. Поскольку никогда нельзя распространять запрет с одного способа получения энергии от какой-либо системы на все другие способы, которые, возможно, ещё не встречались в науке. Это ограничивает свободу мысли. Это проявление деградации человеческого сознания, но я не верю, что человечество со временем глупеет. Кто-то специально хочет, чтобы мы деградировали, и виной этому являются собственные интересы отдельных личностей.

Так вот.. Призываю всех участников форума (хотя, не думаю, что тут прям все собрались ) к тому, чтобы не искать энергию там, где её нет! Нужно рассматривать только те системы, в которых есть значительная энергия хоть в каком-то виде. Если у вакуума есть внутренняя энергия - это хорошо, только нужно продемонстрировать хотя бы её наличие хоть в каком-то опыте. А этот какой-то опыт должен выглядеть подобным образом: закачиваем некоторую часть энергии в "никуда", то есть - в вакуум. Чтобы никакими приборами нельзя было зафиксировать убыль энергии системы, но, тем не менее, в системе её станет меньше. Вот от этого нужно отталкиваться. Сегодня все просто с ума посходили на возможности добычи энергии из вакуума, хотя, по сути, никто даже не задумывался над тем, чтобы туда энергию закачать.

[experienced]

А не надо никуда ничего закачивать.  Коль скоро есть некая субстанция, то она уже по определению обладает энергией. В этом плане, нет совершенно никакой разницы , какая она именно : вакуум это, газ ли или кристалл.  А движется она при этом или покоится, так это не важно. Принцип  извлечения  энергии из нее, останется один и тот же.  Разница будет всего лишь в способах технической реализации.
И цепочка компенсации сработает. Просто она может оказаться далеко не очевидной, но это совсем другая сказка.

[Nitsu Gaash]

Вот немного видоизменённая схема. Что именно изменилось:

- устройство приняло вертикальное положение кривошипом вниз;
- в поршне со стороны рабочей камеры сделано углубление для газового конденсата;
- добавлена перегородка, закрывающая углубление для газового конденсата.

Вертикальное положение выбрал интуитивно. Так, мне кажется, устройство будет надёжнее работать.
Углубление для газового конденсата, конечно, несколько уменьшит направленное давление на поршень, но зато конденсат не будет растекаться по всей его поверхности.
Перегородка, закрывающая углубление, необходима при поднятии поршня наверх. Дело в том, что полностью сконденсировать газ не получится, и в пространстве над конденсатом будет разряжённый, но всё-таки газ. Перегородка не позволит при поднятии поршня с конденсатом вверх испаряться последнему, таким образом, повышая эффективность установки.

Также пришла в голову мысль сделать стенки сосуда несмачиваемыми газовым конденсатом, чтобы на них не образовывалась сплошная плёнка конденсата. При этом будет более эффективная передача внутренней энергии поршню.