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

Таким образом, от пневматического двигателя можно будет получать работу не только за счет энергии воздуха в аккумуляторе, но также за счет использования дарового тепла атмосферы.

Если учесть, что классическая термодинамика в соответствии с ее концепциями категорически отрицает возможность прямого преобразования тепла окружающей среды в работу, то установление возможности такого преобразования в пневматических (газовых) двигателях имеет большое принципиальное значение».

Все изложенное в этих цитатах уже не просто «философия», а конкретные выводы из конкретных явлений. Эти выводы автор в дальнейшем кладет в основу проекта двигателя. Поэтому прежде чем продвигаться дальше, разберем их.

Вначале необходимо подтвердить тот несомненный, хорошо известный факт, что сжатый воздух, расширяясь в пневматических двигателях, охлаждается до температуры более низкой, чем температура окружающей среды. Удивительного в этом ничего нет, и странно, почему М.А. Мамонтов делает отсюда такие далеко идущие выводы. Действительно, хорошо известно, что воздух, как и любой другой газ, нагревается, если его сжимать в адиабатных [75] Адиабатные условия подразумевают полную тепловую изоляцию рабочего тела (в данном случае воздуха) от внешней среды. Теплота не может в этом случае ни подводиться через стенки цилиндра, ни отводиться из него. условиях. Этот факт наблюдает любой велосипедист или автомобилист, накачивающий шины своей машины. Затрачиваемая работа переходит во внутреннюю энергию газа, и его температура повышается. Точно так же при расширении газа с отдачей работы (как, например, в пневмоинструменте) сжатый воздух охлаждается. Отметим, что это охлаждение может быть довольно значительным. Если, например, давление воздуха 4 ат (0,4 МПа) и температура +20 °С (293 К), то при расширении до атмосферного давления он охладится примерно до — 75 °С (198 К), т.е. на 95 °С. В реальных условиях вследствие теплопритока охлаждение будет меньшим, но все же достаточно существенным. Все это происходит «по науке», и никто существование такого процесса не отрицает. Диаграммы потоков энергии для этих случаев показаны на рис. 5.6.

Двинемся дальше и расшифруем вторую, более длинную цитату. В ней речь идет о другом процессе расширения — уже не адиабатном, а изотермическом. Он отличается тем, что по ходу расширения к газу подводится теплота из окружающей среды, причем в таком количестве, чтобы не дать ему охладиться. В результате температура газа остается неизменной (отсюда и термин «изотермический»).

Разберем этот процесс в соответствии с классической термодинамикой, а потом сопоставим результаты с трактовкой проф. М.А. Мамонтова.

На рис. 5.7 показаны графики изменения температуры Т и давления р газа в процессе его расширения в цилиндре пневмоинструмента в зависимости от хода l поршня. Точка 1 соответствует начальному положению поршня, точки 2’ и 2” — конечным его положениям.

При адиабатном расширении (вертикальная штриховка) температура газа падает, так же как и давление, по мере движения поршня вправо. В конечной точке 2' давление снижается до атмосферного р О.С.., а температура — до Т О.С.значительно более низкой, чем Т О.С.. Отведенная в виде работы энергия Lад соответствует вертикально заштрихованной площадке. По первому закону термодинамики она будет равна уменьшению внутренней энергии газа: Lад = ΔU 1-2.

При изотермическом расширении (наклонная штриховка) температура газа только в первый момент снижается на очень малую величину ΔT — разность температур, необходимую для того, чтобы теплота из окружающей среды могла сообщаться газу. Дальше температура будет до самого конца расширения постоянной, равной Т = Т О.С.— ΔT. Давление газа будет падать медленнее, так как к газу постоянно подводится теплота. Поэтому поршень к моменту, когда р станет равным р О.С., пройдет большой путь и остановится только в точке 2''. Соответственно и работа L ИЗ, проделанная газом, будет больше и ход поршня, и давление здесь, больше. Добавочная работа соответствует площадке, заштрихованной наклонно; суммарная работа равна количеству подведенной теплоты Q О.С.(L ИЗ= Q О.С.) [76] Внутренняя энергия газа не изменилась, так как она не зависит от удельного объема и определяется только температурой. .

Теперь мы можем возвратиться к цитатам из М.А. Мамонтова.

Во втором и третьем пунктах, следующих за словами «В результате чего», все, что происходит в двигателе, почему-то понимается наоборот. Работа, как мы видели, совершается не «за счет охлаждения» (как в адиабатном процессе), а напротив, путем постоянного нагрева рабочего вещества. Ведь теплота Q О.С., которая обеспечивает работу двигателя, все время подводится к рабочему телу, а не отводится от него. Поэтому второй пункт неверен. Третий пункт совсем непонятен. Передача теплоты идет не «от рабочего тела», а наоборот, к рабочему телу (газу). И не при «отрицательной» разности температур, а при положительной (ΔT = Т О.С.— T), и не «от тела с низкой температурой» (газа), а напротив, к нему из окружающей среды.

В последующей части цитаты нет таких «перевертышей». Если не с читать слова «переохлаждение» [77] Переохлаждение — это совсем другое: охлаждение вещества ниже температуры перехода в другое агрегатное состояние. Например, вода, охлажденная до —10°С, но не превратившаяся в лед, называется «переохлажденной». , которое здесь ни к чему (нужно просто «охлаждение»), то фактическая сторона дела изложена без ошибок. Но трактовка событий неверна принципиально. Автор полагает, что от изотермического двигателя можно получать работу «также за счет использования дарового тепла атмосферы». На первый взгляд, это действительно может показаться правильным: ведь работа L ИЗравна подведенной из окружающей среды теплоте Q О.С.. Но такой вывод был бы преждевременным. Подумаем: если бы воздух не был предварительно сжат, мог бы работать двигатель «за счет дарового тепла атмосферы»? Очевидно, нет. А откуда взялось давление? Из компрессора, в котором происходит процесс, обратный тому, который идет в двигателе. Там газ сжимается от Р О.С.(точка 2'') до р 1. При этом его температура (если вести процесс тоже изотермически) будет не ниже, а выше T О.С.на ΔT и теплота Q О.С.будет отдана среде, а двигатель столько же теплоты взял у нее обратно. В итоге выходит нуль! Работа L получается только за счет точно такой же работы, затраченной на сжатие в компрессоре. Так будет в идеальном случае, если компрессор и двигатель точно изотермические. В реальных условиях работа, подведенная к компрессору, и количество отведенной в окружающую среду теплоты будут больше, чем работа, полученная в двигателе, и намного больше, чем теплота, которую он заберет из окружающей среды. В итоге будет все та же классическая картина — суммарная энтропия вырастет, эксергия, напротив, частично потеряется, поскольку эксергия сжатого воздуха после компрессора будет меньше подведенной работы, а работа пневматического двигателя — меньше эксергии сжатого воздуха (практически остается от 5 до 10% затраченной на компрессоре работы). Читатель может сам при желании это проверить, составив соответствующую схему потоков энергии и эксергии.