“Salus populi suprema lex est”
Международное общественное объединение

1872 - 2017

Russian Physical Society, International

Международное общественное объединение Русское Физическое Общество (сокращённо – РусФО, RusPhS) - добровольное объединение учёных, инженерно-технической интеллигенции, изобретателей, предпринимателей для совместной интеллектуальной и научно-практической деятельности в области естествознания, - науки о природе.
Научная цель: построение единой физической картины мира и поиск основной целевой функции человечества.

Трещалов Г.В. "Жонглирование" молекулами или "голый король"


«ЖОНГЛИРОВАНИЕ»  МОЛЕКУЛАМИ  ИЛИ  «ГОЛЫЙ КОРОЛЬ»

Трещалов Г.В.

В предыдущей статье [1] мы затронули, идею создания автомобилей с использованием описанного в ней принципа, а именно, «демона Максвелла».

Сразу оговоримся, что вода здесь ни причём; и автомобиль этот будет использовать в качестве топлива .... тёплый воздух из атмосферы. Каково? Но так ли утопична эта идея?

Давайте попытаемся заглянуть в гипотетическое будущее.

Учитывая, что - как мы знаем - окружающий нас воздух содержит значительное количество энергии, вполне реально представить себе автомобиль, работающий буквально «на воздухе». Он, по-видимому, будет иметь большой воздухозаборник для засасывания тёплого воздуха, а выхлопом у него будет ... воздух, охлаждённый, скажем, до минус 30-ти градусов, который немедленно будет смешиваться с окружающим тёплым и снова готов к работе для едущего следом автомобиля. Курьёзно, но эти автомобили автоматически будут соблюдать дистанцию между собой, поскольку ехать в «выхлопе» впереди идущего автомобиля невозможно, и придётся подождать, пока подготовится «рабочая смесь» для следующего. Правда, эти автомобили хорошо будут ездить только в тёплых широтах и летом. А для холодных широт придётся изготовить автомобили с выхлопом в минус 70-80 градусов. Но дороги при этом придётся изолировать от пешеходов. Но, разве с этим нельзя смириться ради чистоты атмосферы? Да и двигатель у такой машины ни в коем случае не должен быть обычным, тепловым, иначе формула Карно поглотит всю добытую из воздуха энергию и даже «демону Максвелла» не оставит.
Утопия?
Рассмотрим всё подробно.
Для начала давайте посчитаем, сколько энергии содержится в окружающем нас воздухе и, при условии извлечения её из воздуха, достаточно ли её для движения автомобиля.
Расчёт (расчёт приблизительный, только оценочный и не учитывает некоторые детали, в частности - изменение теплоёмкости воздуха при изменении температуры).

Теплоёмкость воздуха   C = 1 кДж/кг·K.

Плотность воздуха         p = 1,28 кг/м3.

Будем считать, что температура окружающего воздуха равна 20 градусам Цельсия (в дальнейших расчётах считаем газ идеальным).

При охлаждении 1 м3 воздуха на 50 градусов высвободится энергия:

E = V·p·C·T                                                              (1)

E = 1 (м3)·1,28(кг/м3)·1 (кДж/кг·K)·50 (К) = 64 кДж                           (2)

- масса объекта, умноженная на его теплоёмкость и умноженная на разницу начальной и конечной температуры.

Для прохождения легковым автомобилем 100 м со скоростью 60 км/ч необходимо 250 кДж энергии (10 грамм бензина) (теплотворность бензина = 46 МДж/кг, КПД автомобильного двигателя внутреннего сгорания  40-60%)

Автомобиль с воздухозаборником площадью 0,5 м2 пропустит через себя при этом 50 м3 воздуха. Охладив весь этот воздух на 50 градусов можно высвободить

E = 50 (м3)·1,28 (кг/м3)·1 (кДж/кг·K)·50 (К) = 3200 кДж                          (3)

Как мы уже знаем, «демону Максвелла» для работы тоже нужна энергия; и, следовательно, часть этой энергии ему придётся отдать. Часть энергии уйдёт на потери, но

3200 - 250 = 2850 кДж (92 %) это очень большой запас.

Поскольку запас очень большой (92 %), то возможны варианты с площадью воздухозаборника и температурой выхлопа. Скажем, при воздухозаборнике площадью 0,3 м2 (соизмеримом уже с площадью радиатора «Жигулей») и температуре выхлопа минус10 град, имеем количество энергии:

E = 30 (м3)·1,28 (кг/м3)·1 (кДж/кг·K)·30 (K) = 1160 кДж                        (4)
 
Как видно - запас энергии ещё достаточно высок.

То есть из этого расчёта видно, что если мы сумеем извлечь энергию из воздуха - её вполне должно хватить для движения автомобиля.
А теперь - про основную составляющую этого гипотетического автомобиля, - его энергетическую установку-движитель.
Что же это за устройство, которое может отнимать энергию от холодного тела и отдавать его горячему и нарушающее тем самым основополагающий закон мироздания - Второй Закон Термодинамики? Существует ли такое устройство?

Оказывается, да! И изобретено оно уже почти 80 лет назад. Это вихревой генератор или труба Ранка (Ranque vortex tube). Его запатентовал в 1933 году французский инженер Georges Ranque. О том, что это устройство работает и выдаёт энергии даже больше, чем потребляет, не знает, по-видимому, уже только ленивый. Правда получать от этих устройств пока удаётся только тепловую энергию в количестве в 1,5 - 2 раза превосходящем затрачиваемую энергию.

Что же получается? Оно нарушает закон сохранения энергии, поскольку его КПД, рассчитанное по привычной нам формуле (энергия полученная, поделённая на энергию затраченную) превышает 100%? Сейчас уже, чтобы не вступать в противоречие с основными законами физики, КПД этих машин осторожно называют «эффективностью» (хотя этот параметр всё же в действительности не является КПД). Но смысла это не меняет - они выдают энергии больше, чем потребляют и более того разделяют поток газа или жидкости (рабочего тела для этих машин) на два потока - холодный и горячий. Причём холодный поток холоднее начального (входящего) потока рабочего тела, а горячий - горячее, что, по теории, и должен делать пресловутый, уже упоминаемый нами «демон Максвелла».

Расчёт этих машин является отнюдь не тривиальной задачей и никем он пока в точности не сделан, что, по-видимому, и является камнем преткновения для их повсеместного внедрения.

Здесь, кстати, стоит рассмотреть ещё один интересный аспект и причину столь незначительного применения трубы Ранка. Следует отметить, что это устройство в настоящее время в большинстве случаев используется только в качестве холодильника (теплового насоса). Однако большинством пользователей этих устройств, признано, что коэффициент полезного действия этих машин крайне низок и поэтому их так редко применяют.

Однако давайте рассмотрим этот аспект внимательней.

В отличие от нагревателей, то есть, устройств, превращающих любой вид энергии - электрическую, химическую, кинетическую во внутреннюю (то есть в тепло), все устройства, применяемые для охлаждения чего-либо ниже температуры окружающей среды (холодильники) являются тепловыми насосами.

Здесь не следует путать их с охладителями, в которых объект охлаждается до температуры окружающей среды только посредством теплопередачи без затрат внешней энергии. К ним относятся радиаторы всех типов, теплообменники, пруды-охладители и градирни на ТЭЦ и т.п. Единственная энергия, которая при этом иногда затрачивается - это энергия, потребляемая вентилятором или насосом для принудительной циркуляции хладагента (воздуха, воды, масла и т.п.). Однако температура любой части этого охладителя в любом случае никогда не опускается ниже температуры окружающей среды (согласно Второму Началу Термодинамики).

В тепловых насосах, как известно, обязательным «побочным» продуктом является теплота, которая попросту выбрасывается в окружающую среду в виде отходов. Однако мы забываем, что эта теплота как раз и есть энергия; и выбрасывая её - мы тем самым только понижаем КПД установки (энергия эта попадает в знаменатель формулы КПД)

Но это и является основным принципом работы холодильных устройств - если мы не выбросим «лишнее» тепло, то и не получим нужный нам холод. Эта энергия пока никак не утилизируется, поскольку она в большинстве случаев является низкопотенциальной по отношению к окружающей среде и крайне неэффективно, а зачастую и просто бесполезно пытаться утилизировать её имеющимися средствами.

При этом интересен следующий факт: чем сильнее мы хотим охладить объект, тем больше теплоты (энергии) нам необходимо выбросить и тем самым искусственно понизить КПД этого устройства - это же очевидно. Кроме того, если «выбрасываемый» трубой Ранка, используемой в качестве холодильника, поток горячего воздуха имеет существенное давление и скорость, то и это ещё многократно понижает КПД такого холодильника.

Кстати, тут ещё можно задуматься, а применим ли термин КПД (в том смысле, к которому мы привыкли) к тепловым насосам вообще, ведь продуктом, который мы получаем от тепловых насосов, является холод, то есть отрицательная относительно окружающей среды энергия. И КПД, посчитанный по стандартной схеме (энергия полученная разделить на энергию затраченную) при этом принимает абсурдное отрицательное значение. И, кстати, таким же абсурдным получается КПД теплового насоса, используемого в качестве источника тепла. Он обычно получается больше 100% (!)... Это в независимости от того какой тип теплового насоса используется, будь то труба Ранка, или нагреватели использующие элементы Пельтье, или любые другие устройства [2].

Следует ли удивляться, что КПД подобного холодильника будет тем меньше, чем сильнее мы охлаждаем объект, если каким-то образом не утилизировать выбрасываемую в виде тепла энергию. Ниже будет предложен способ подобной утилизации энергии и существенного повышения таким образом эффективности этого устройства.

Однако вернёмся пока к принципу работы трубы Ранка.

Существует множество теорий для этих машин, поясняющих причину охлаждения одного потока и разогрева другого. Одна говорит, что происходит разогрев потока от трения о стенки аппарата, но не объясняет охлаждение. Другая - объясняет это адиабатическим расширением одной части газа и сжатием другой, но не поясняет возникновение дополнительной энергии. Некоторые теории для жидкостей (в частности для воды) поясняют это возникновением кавитации, другие резонансом, следующие - взаимодействием свободных молекул водорода и кислорода, присутствующих в воде или наоборот разрывом связей этих молекул. Даже есть теории, объясняющие извлечение энергии из «физического вакуума», возникающего при работе устройства.

Возможно все эти эффекты в разной степени, несмотря на то, что зачастую противоречат друг другу, имеют место быть в трубе Ранка.

Мы хотим предложить свою теорию, как нам кажется, не вступающую в противоречие ни с одной из вышеописанных и объясняющую этот эффект с единой точки зрения и для жидкостей и для газов. Для этого нам понадобятся некоторые дополнительные данные. - Скорость молекул воздуха при 0 градусах Цельсия равна 400 м/c.

Однако, это среднеквадратичная скорость. И в любом газе (и в частности в воздухе) присутствуют быстрые и медленные молекулы. Распределение их по скоростям определено графиком - законом распределения Максвелла (рис.1). Именно на базе этого распределения Максвелл и высказал предположение о возможной сортировке молекул гипотетическим «демоном».
...................................

« назад

Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 89, Выпуск № 1 (2017г.)
ЖРФМ, 2016, № 1-12 (ЖРФХО, Т. 88, вып. № 4)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 3 (2016г.)
Шпеньков Г.П. Динамическая модель элементарных частиц. Видео лекция
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 2 (2016г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 1 (2016г.)
Журнал
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 3 (2015г.)
Журнал Русской Физической Мысли, 2015, № 1-12
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 2 (2015г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества ЖРФХО, Том 87, Выпуск № 1 (2015г.)
Энциклопедия Русской Мысли. Том 24
Энциклопедия Русской Мысли. Том 23
Энциклопедия Русской Мысли. Том 22
Энциклопедия Русской Мысли. Том 21
Армянская секция Русского Физического Общества
Энциклопедия Русской мысли. Том 20
Энциклопедия Русской мысли. Том 19
Энциклопедия русской Мысли. Том 18
Энциклопедия русской Мысли. Том 16
Энциклопедия русской Мысли. Том 15
Энциклопедия Русской Мысли. Том 14
Энциклопедия Русской Мысли. Том XIII
Украинская секция Русского Физического Общества
Санкт-Петербургская секция Русского Физического Общества
Иркутская секция Русского Физического Общества
Новосибирская секция Русского Физического Общества
Катрен 12. ГМО - ГЕНОФАШИЗМ
Водородное топливо Юрия Краснова
Алиев А.С. Российская астрономия. Часть 2. - 2011г.
Жигалов В.А. Уничтожение торсинных исследований в России
ЭРМ 12: Колесников И.В. Природа глобальных катаклизмов. - 2010 г.
Алиев А.С. Российская астрономия. - 2010 г.
Открытое Заявление Президента Русского Физического Общества Родионова В.Г. Президенту Российской Федерации Медведеву Д.А.
ЭРМ 11: Оше А.И. Поиск единства законов природы (Инварианты в природе и их природа). - 2010 г.
ЭРМ 10: Петракович Г.Н. Биополе без тайн. Сборник научных работ. - 2009 г.
ЭРМ 1: Гриневич Г.С. Праславянская письменность. Результаты дешифровки. Том 1. - 1993 г.
ЭРМ 6: Хачатуров Е.Н. Элиминация значительной части ДНК... - 1995 г.
ЭРМ 3: Иванов Ю.Н., Иванова Н.М. Жизнь по интуиции. - 1994 г.
ЭРМ 4: Гудзь-Марков А.В. Индоевропейская история Евразии. Происхождение славянского мира. - 1994 г.
Два открытия
Официальный доклад Аполлон-11. Лунные карты составлены безграмотно
Ральф Рене. Как NASA показало Америке Луну
НЛО: соседи по Солнцу.16.05.2011
Бутусов. Раджа Солнце. Глория. 9.01.2012
Катрен 18. Технология спаивания
Фильм С. Веретенникова
Энциклопедия русской Мысли. Том 17

Ссылки:

rodionov@rusphysics.ru - ПОЧТОВЫЙ ЯЩИК РЕДАКЦИИ ЖУРНАЛА "ЖУРНАЛ РУССКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МЫСЛИ"
Главный редактор Родионов В.Г.
Денежные пожертвования направлять в Сбербанк РФ на карточку № 63900240 9014875013.


Rambler's Top100