Phedotikov / 1 / FreeEnergy_27.01.08 / Термодинамические / Анализ цикла Becker'a

Исследованием возможности или невозможности осуществления ВД на практике, этой заветной мечты человечества, сулящей изобилие доступной для каждого человека, бестопливной, экологически чистой, неисчерпаемой энергии, наиболее глубоко и беспристрастно занимался в середине ХХ-го века немецкий ученый-теплофизик Richard Becker. Его книга "Theorie der Warme" 1955 j., издана в русском переводе .
I. АНАЛИЗ ЦИКЛА BECKER'A.
В цикле Becker'a получаемая работа в точности равна затрачиваемой, или, что тоже самое, количество отобранного от окружающей среды и термостата тепла при расширении газа равно количеству возвращенного окружающей среде и термостату тепла при сжатии газа.
В этой связи возникает вопрос:''Почему Becker предусмотрел установку термостата?"
Ответ: "Потому, что молекулы газов, в отличие от молекул твердых и жидких тел, Природа наделила свойством двигаться как по направлению действия силы тяжести, так и против направления ее действия и даже покидать пределы поля тяготения Земли за счет понижения своей температуры или за счет понижения температуры окружающей среды. При понижении температуры скорость хаотического движения молекул газа уменьшается, при повышении —увеличивается. Средняя квадратичная скорость молекул газа пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры[4>. Температура атмосферного воздуха, при его движении вверх против действия силы тяжести и адиабатном расширении, понижается на 1К, углекислого газа на 1,4К, паров аммиака, фреонов на 1,6...1,8К на каждые 100м подъема.
Учитывая это явление Природы, а также руководствуясь корректностью проведения опыта, Becker и предусмотрел: "Пусть одинаковая температура в столбе газа поддерживается с помощью термостата" [6>.
Применение термостата привело Becker'a к следующему: "... Если теперь в нижнюю часть подвести газ, то за счет энергии термостата он будет перенесен в верхнюю часть. Это наводит на мысль использовать этот факт для получения механической работы..." [6>.
Но охлаждающийся, адиабатно расширяющийся газ можно нагреть до температуры окружающей изотермической среды не только за счет энергии термостата, на привод которого необходимо затратить работу, а наоборот, использовать эту разность температур для получения работы, путем установки по всей высоте столба газа, например, полупроводниковых термоэлектрогенераторов или других преобразователей разности температур в работу.
И еще один факт не исследовал Becker.
В качестве рабочего тела Becker применил модельный, несуществующий в Природе идеальный газ, у которого: P1V1=P0V0=RT (1)
Но реальные газы, особенно пары, не подчиняются закону Бойля-Мариотта, не подчиняются уравнению (1). В реальных газах Р1V1 = z1RT и P0V0 = z0RT [4>. Так, например, у поверхности Земли на высоте h=0 при Т=260К давление углекислого газа равно P0=2,418 МПа, удельный объем V0=0,0155м3/кг, а на высоте h=775 м, при той же температуре, давление Р1=2,0 МПа и удельный объем V1=0,020м3/кг[7>. Нетрудно подсчитать, что удельная работа изобарно-изотермического расширения газа P1V1=40000 Дж/кг, а удельная работа изобарно-изотермического сжатия P0V0 =37480 Дж/кг, т.е. P1V1 > Р0V0 на 2520 Дж/кг.
Эту положительную разность работ в реальных газах легко определить на опыте. [7>.
Таким образом, если в установке Becker'a заменить столб идеального газа на столб реального углекислого газа высотой 775м, то можно получить от окружающей изотермической среды за один цикл 2520 Дж/кг механической работы, а, установив по всей высоте столба термоэлектрогенераторы, вместо термостата, можно получить еще около 2000 Дж/кг работы в форме электрического тока, и, если каждый цикл будет совершаться за 1с, то теоретическая мощность такой установки окажется равной 3520 Вт (8,9).
Когда такая установка будет изготовлена и даст, за вычетом потерь, хотя бы половину теоретической мощности (1760 Вт), то многовековой спор будет кардинально решен в пользу сторонников возможности.
Однако, создание такого сооружения, весьма важного для развития фундаментальной науки, под силу только крупным фирмам и научно-исследовательским организациям, наша же цель заключается в создании автономной, малогабаритной, бестопливной энергоустановки высотой 5...10 м и мощностью 3...5 кВт.
Как же осуществить эту цель?
Практически, наиболее простым способом увеличения разности температур Т0-T1 является увеличение силы тяжести Mg , для чего необходимо ускорение силы тяжести g=9,8 Н/кг заменить на центробежное ускорение gц, превышающее g в сотни тысяч раз, т.е. поместить реальный газ в центрифугу.
В журнале "Rewiews of Modem Physics" опубликовано сообщение S.Whitley'a, что им испытана высокоскоростная газовая центрифуга, адиабатный температурный градиент в которой составляет 15К/см. В этой центрифуге диаметром 40 см S.Whitley получил разность температур между "дном" и осью центрифуги около 3ООК, причем "...работа, затраченная на раскручивание газа, на создание потока газа от "дна" к оси центрифуги, т.е. на создание разности температур, может быть полностью рекуперирована"