Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии - Виктор Бродянский

Начнем с химических ppm-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-TО.С.)/T.[80] 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]. 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!

Оптические ppm-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».