5. Нарушение закона Вольта.

Несколько других типов самофункционирующих термодинами­ческих пар - циркуляционных вечных двигателей второго ро­да, нарушающих второй закон Клаузиуса и преобразующих теплоту одного источника (окружающей среды) в электро­энергию или работу с КПД 100%, основаны на использовании термоэлектрических явлений. Существует целый комплекс та­ких явлений; некоторые из них были известны давно (эффекты Вольта, Зеебека, Пельтье и Томсона), другие впервые теорети­чески предсказаны и экспериментально обнаружены в ОТ [18, с.313; 21, с.307]; все они могут быть применены для созда­ния вечных двигателей второго рода.

В основу осуществления термоэлектрического устройства первого типа (ПД-14) положен эффект возникновения кон­тактной разности потенциалов на границе соприкосновения двух разнородных веществ - металлов, полупроводников и ди­электриков. Этот эффект был открыт Вольта в 1797 г.

Хорошо известен закон Вольта, согласно которому при од­ной и той же температуре в правильно разомкнутой цепи, на концах которой находится один и тот же проводник первого рода (в проводниках первого рода не происходит химических реакций), суммарная разность потенциалов равна нулю. Дру­гими словами, по Вольта, если составить замкнутую цепь из нескольких разнородных металлов, то в ней при изотерми­ческих условиях суммарная электродвижущая сила (ЭДС) и электрический ток должны быть равны нулю - это обще­известная истина, которая вот уже почти 200 лет переходит из одного учебника физики в другой.

Однако в действительности дело обстоит несколько слож­нее и в цепи, составленной из трех и более разнородных провод­ников, суммарная ЭДС и сила тока могут быть не равны нулю, то есть такая цепь может представлять собой типичный вечный двигатель второго рода. Рассмотрим более подробно теорию этого двигателя, но прежде выведем из ОТ закон Вольта, вникнем в физическую суть этого закона и покажем условия, при которых он нарушается.

Напишем уравнение третьего начала ОТ для вермической (термической) и электрической степеней свободы тела. С этой целью можно воспользоваться укороченными строчками (пятой и шестой) уравнения состояния (308). Имеем

dT = A₅₅d + A₅₆d

d = A₆₅d + A₆₆d (334)

Нас будет интересовать вторая строчка этого уравнения. Заме­нив в ней вермиор  на температуру Т из первой строчки, приближенно получим

d  (A₆₅/A₅₅)dT + A₆₆d (335)

  (A₆₅/A₅₅)T + A₆₆ (336)

Как видим, потенциал тела  является некоторой функцией f температуры и электрического заряда (или потенциала). Для нас сейчас важна температурная зависимость потенциала. Согласно уравнению (336), потенциал разнородных тел изме­няется с температурой не одинаково, так как у них различны коэффициенты состояния А. Именно это является причиной возникновения разностей потенциалов Вольта и служит основа­нием для вывода из ОТ закона Вольта. Например, у трех одиночных тел, обозначенных на рис. 38, а буквами А, В и С, зависимость потенциала от температуры условно изображена сплошными линиями (рис. 38, е); при одной и той же температу­ре Т эти тела имеют некие вполне определенные вольтовские, постоянные при данной температуре потенциалы _А , _В и _С , никак между собою не связанные и друг от друга не зависящие. Разности потенциалов между телами, обозначенные двойными индексами, как видно из рисунка, в сумме всегда составляют нуль, то есть

_АВ + _ВС + _СА = _А - _В + _В - _С + _С - _А = 0 (337)

где

_АВ = _А - _В ; _ВС = _В - _С ; _СА = _С - _А (338)

В этом фактически и заключается суть закона Вольта; со­ответствующий вывод может быть сделан для любого числа тел.

Однако если тела привести в соприкосновение друг с дру­гом (рис. 38, б), то вольтовская идиллия несколько нарушается. Это объясняется тем, что скачки потенциалов возникают меж­ду пристеночными слоями х, имеющими толщину порядка размеров нескольких атомов. Термодинамические свойства каждого такого слоя заметно изменяются в зависимости от то­го, с каким конкретно другим телом соприкасается данное: вакуумом, воздухом, диэлектриком, полупроводником, метал­лом и т.п. При этом изменяются коэффициенты состояния А, а значит, и функции f.

Новые функции f для контактирующих поверхностей (сло­ев х) изображены на рис. 38, е штриховыми линиями. В услови­ях контакта при температуре Т тело 1 уже не имеет прежнего потенциала _А : на поверхности соприкосновения с телом 2 оно обладает потенциалом f₁₂ (первый индекс соответствует номе­ру данного тела, второй - номеру тела, с которым соприкасает­ся данное), а на поверхности соприкосновения с телом 3 - по­тенциалом f₁₃. Такие же изменения потенциала наблюдаются и у других тел. В результате получаются новые скачки потен­циалов f₁₂ , f₂₃ и f₃₁ , отличные от вольтовских _АВ , _ВС и _СА . Эти новые скачки в сумме могут и не быть равны нулю, что на­рушает закон Вольта.

Как видим, причина нарушения закона Вольта кроется во взаимном влиянии, взаимодействии контактирующих тел, которое законом не предусматривается. Благодаря нарушению закона Вольта в замкнутой цепи появляются нескомпенсиро­ванная ЭДС и электрический ток, в итоге цепь превращается в вечный двигатель второго рода со всеми вытекающими отсюда последствиями. Остановимся на изложении теории это­го вопроса несколько подробнее [7, 8, 10] [ТРП, стр.462-465].