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

• Название: Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии
• Автор: Виктор Бродянский
• Издательство: ФИЗМАТЛИТ
• Жанр: Физика
• Год: 2001
• ISBN: 5-9221-0202-8

В популярной форме рассказывается об истории вечного двигателя от первых попыток его создания до современных «изобретений». Раскрывается значение для энергетики двух фундаментальных законов — первого и второго начал термодинамики. Показана бесполезность попыток обойти эти законы независимо от сложности предлагаемых для этого устройств.

Для широкого круга читателей, интересующихся историей техники и ее современными проблемами.

---

Такой двигатель заработал бы потому, что было бы выполнено требование второго закона — имелась бы разность температур (TО.С. – T0). При TО.С. подводилась бы теплота QО.С., а при T0 отводилась бы теплота Q0 < QО.С. Разность QО.С. — Q0 давала бы работу L = QО.С. — Q0 в полном соответствии не только с первым, но и со вторым законом термодинамики. «Монотермический» двигатель превратился бы в обычный, работающий между двумя температурными уровнями.

Возникает вопрос, почему же Гэмджи не додумался до такого решения? Это осталось неизвестным. Однако очевидно и другое. Даже если бы подобная идея пришла ему в голову, делу бы это не помогло. Действительно, если отводить теплоту Q0 при низкой температуре T0, то двигатель заработает. Но куда эту теплоту девать дальше? Ведь для этого нужно иметь какой-то теплоприемник, который будет получать ее. А такой теплоприемник должен быть еще холоднее (например, при T0 = — 23 °С он должен иметь температуру, скажем, — 25 °С). Иначе теплота Q0 к нему просто не пойдет, так как в соответствии опять же со вторым законом термодинамики она может переходить только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой, а никак не наоборот.

Чтобы создать такой теплоприемник при T < T0 < TО.С., обязательно нужна холодильная машина (тепловой насос), которая отводила бы теплоту Q0 обратно на уровень окружающей среды TО.С.. А для этого нужно даже в идеале затратить ровно столько же работы, сколько дает идеальный двигатель в таком же интервале температур, т. е. все, что «заработано» на двигателе, тут же «съел» бы тепловой насос. В итоге — опять нулевой результат. В реальном же случае будет еще хуже. Двигатель даст меньше работы, чем идеальный (LДВДЕЙСТВ < LДВИД), а тепловой насос потребует больше работы, чем идеальный (LТ.Н.ДЕЙСТВ < LТ.Н.ИД). Поскольку LДВИД = LТ.Н.ДЕЙСТВ, то LТ.Н.ДЕЙСТВ > LДВДЕЙСТВ, т. е. эту систему, чтобы она двигалась, нужно крутить извне с затратой работы L = LТ.Н.ДЕЙСТВ — LДВДЕЙСТВ. Опять получился «нуль-мотор».

Следовательно, искусственный второй уровень температур тоже не решает задачи, поскольку его создание требует в лучшем случае столько же работы, сколько при помощи двигателя можно получить. Настоящий двигатель можно создать только тогда, когда во внешней среде уже есть неравновесность любого вида — разность каких-либо движущих сил (например, ΔT, Δр и др.), которую можно преобразовать в работу. Располагая только одним уровнем температуры окружающей среды, никакую работу получить нельзя.

Легко видеть, что двигатель, показанный на рис. 5.3, по принципиальной схеме точно соответствует паровой машине. Только внешние условия работы у паровой машины другие: верхний температурный уровень у нее соответствует не температуре окружающей среды, а более высокой — горячих дымовых газов. Нижний уровень температур уже не искусственный Т0, а окружающей среды TО.С.. Здесь используется разность потенциалов, уже имеющаяся во внешней среде (по химическому составу: топливо — кислород воздуха). За счет этой разности путем сжигания и создается тепловой поток на уровне Т > TО.С., который используется в настоящих двигателях.

Другой изобретатель низкотемпературного ppm-2, о котором мы уже упоминали — Триплер — пошел дальше Гэмджи. Во-первых, он пытался использовать именно ту идею, с помощью которой мы пробовали запустить нуль-мотор Гэмджи: с помощью другой машины, соединенной с первой, создать искусственный низкий температурный уровень. Во-вторых, он работал не с аммиаком, а с жидким воздухом (нижняя температура T0 = —190 °С). Однако ни то, ни другое не помогло — двигатель не получился.

Конечно, испаряя жидкий воздух теплотой, отбираемой из окружающей среды, можно получить сжатый воздух и заставить его крутить мотор. А дальше? Опять возникает тот же «проклятый вопрос», что и у Гэмджи, — нужно воздух опять сконденсировать, т. е. отвести от него теплоту при очень низкой — криотемпературе[70]. А для этого опять же нужен жидкий воздух, получение которого требует как минимум столько же энергии, сколько дает двигатель (а в реальных условиях еще больше). Опять вместо получения работы — только ее затраты.

В марте 1899 г. в журнале «Макклюрз мэгэзин» была опубликована популярная статья, посвященная лаборатории Триплера и проводимым им замечательным работам. Статья была написана Реем Бейкером. Автор опровергал второй закон термодинамики и провозглашал Триплера создателем вечного двигателя, приводя собственные слова изобретателя: «Использовав в своей машине 3 галлона воздуха, я получил в ожижителе около 10 галлонов жидкости. Таким образом, возникла прибавка в 7 галлонов, которая ничего мне не стоила и которую я могу использовать где угодно для совершения полезной работы».

Следует заметить, что Триплер здесь ввел в заблуждение Бейкера, пользуясь его неосведомленностью. Установка Триплера для сжижения воздуха была по существу копией той, которую К. Линде сделал в Мюнхене еще в 1895 г. В такой системе из 1 кг воздуха получалось в ожижителе около 50 г жидкого воздуха, т.е. 5%. Поэтому получить из «3 галлонов воздуха прибавку в 7 галлонов» Триплер никак не мог.

Триплер не сознался в провале своей идеи. Все эксперты, которые к нему пытались проникнуть, почему-то приходили «не вовремя» и разрекламированного двигателя так и не увидели.

Нельзя не отметить особый интерес, проявлявшийся к военным применениям вечного двигателя второго рода. Действительно, что может быть заманчивее для решительно настроенных военных деятелей, чем корабль или самолет с таким двигателем, автономно работающим практически неограниченное время?

Естественно, что «нуль-мотор» профессора Гэмджи идеально подходил как двигатель для кораблей военно-морского флота США, перед которым уже в то время ставились задачи на основе весьма далеко идущих планов.

Вот что писал главный инженер военно-морского департамента США Б. Айшервуд своему шефу[71], рекомендуя провести всесторонние испытания двигателя Гэмджи: «Все это создало бы необходимые предпосылки для конструирования нового мотора, имеющего совершенно безграничные возможности. Принимая во внимание чрезвычайную важность этого изобретения как для военно-морского флота США, так и для всего человечества, я настоятельно рекомендую департаменту создать профессору Гэмджи наиболее благоприятные условия для продолжения его экспериментальных исследований и доложить о них правительству Соединенных Штатов. Профессор выражает готовность представить свое изобретение для самой тщательной экспертизы и сделать это безотлагательно».

Характерно, что Айшервуд не забывает и о «всем человечестве», но на первое место ставит нужды военно-морского флота США. Далее он поясняет: «В отличие от европейских морских держав, владеющих колониями и базами с запасами топлива в разных районах земного шара, держав, которые следует рассматривать как потенциальных противников в будущих военных конфликтах, США не имеют ни того, ни другого. Поэтому в ходе военных действий вдали от своих берегов флот США может оказаться в крайне невыгодном стратегическом положении из-за отсутствия баз с топливными запасами. Позиции сторон будут в этом отношении уравнены, если военно-морские силы США получат двигатели нового типа. В этом случае наши крейсеры смогут проникнуть на самые удаленные акватории столь же просто, как и флоты тех стран, которые располагают там запасами топлива».

Из текста письма видно, что в стратегических проблемах главный инженер разбирался намного лучше, чем в энергетических. Однако известно, что президент Гартфильд слушал доклад об этом двигателе. Что было дальше и как развивались события, установить не удалось; но это и не так уж важно, поскольку «нулевой» конец всей истории был неизбежным. Следует отметить только, что редактор газеты «Канзас-Сити ревью», в которой была опубликована восторженная статья о моторе Гэмджи, прокомментировал ее так: «Практика в конечном счете покажет истинные достоинства этого изобретения».

Такая осторожность и уважение к эксперименту могут служить хорошим примером для некоторых современных редакторов, публикующих рекламные статьи о ppm-2.

В восточном полушарии тоже не прошли мимо возможности военного применения ppm-2. За два года до начала первой мировой войны (в 1912 г.) некий Гофман предложил свой проект вечного двигателя. Это был один из термомеханических вариантов ppm-2, хотя и сложный, но, естественно, как и другие, неработоспособный. Его автор принадлежал к числу теоретиков, которые не только изобретают ppm-2, но и подводят под свои идеи «научную» базу. С работами таких теоретиков мы уже встречались. Однако труд Гофмана не просто прославлял вечный двигатель. В нем явно отразился тот военно-патриотический дух, который в то время усиленно насаждался в Германии.