Решение Проблемы энергоинверсии и фундаментальные циклы

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

11

ив другом направлении. Так как вынужденное излучение обладает когерентным излучением, то фактически это означает, что в термодинамике равновероятны процессы самоорганизации (когерентное излучение) и деградации (поглощение света).

Позднее (1923) были открыты безызлучательные квантовые переходы [Г1].

Советские учѐные, нобелиаты Басов и Прохоров (1955), установили, что вынужденное излучение происходит по трѐхуровневой энергетической схеме (≡) [Н1, П7]. При том, что спонтанное излучение происходит по двухуровневой энергетической схеме (=), то есть по принципу Карно.

При ознакомлении с историей оказалось, что идея непосредственного преобразования тепла в когерентное излучение с помощью квантовых генераторов была высказана довольно давно (1959), еще до появления лазеров [К5]. Естественно также, что принцип эквивалентности остается справедливым для квантовых генераторов (лазеров и мазеров). Он использует тепловую энергию, осуществляя прямое преобразование еѐ в высшую форму энергии, в когерентное электромагнитное излучение.

Встаѐт логичный вопрос, какие изменения в аксиоматике должны произойти, после появления (≡) – схемы преобразования теплоты в работу. Ведь обе схемы не адекватны между собой? Прошло более 60 лет после открытия принципа Басова-Прохорова, но никаких последствий для оснований термодинамики не наступило. Хотя принцип эквивалентности (≡ – схема), вносит существенный диссонанс в аксиоматические построения термодинамики.

Открытия учѐных впоследствии привело появлению квантовых генераторов: мазеров

илазеров, совершивших революцию в науке и технике. Лазеры содержат резонатор и являются автоколебательными системами, где резонатор играет роль фильтра и накопителя энергии.

Всего установлено четыре стандартных цикла для квантовых переходов:

•Спонтанное излучение (2→1);

•Безызлучательные квантовые переходы (2→1) ;

•Индуцированное излучение (1→2→1);

•Индуцированное поглощение (1→2).

Формальное сходство типовых квантовых переходов со стандартными циклами термодинамики «слишком поразительно, чтобы оно могло долго оставаться нераскрытым».

§4. Основное уравнение работы Ландау для теплоэнергетики.

4.1. Введение

Основным методом современной термодинамики является метод термодинамических потенциалов. Этот метод возник, благодаря использованию потенциалов в классической механике, где сам потенциал является энергетической характеристикой термодинамической системы, а его изменение связывалось с производимой работой. Исторически сложилось так, что введенные первоначально термодинамические потенциалы также имели размерность энергии, что и определило их название.

Вопросу о максимальной работе системы (А), Ландау (1964) уделил пристальное внимание. Он разделил исследование на два вида, в зависимости от схем генерации.

•Максимальная работа в теплоизолированной системе, состоящей из нескольких тел, не находящихся друг с другом в тепловом равновесии (цикл Карно) [9, §19], = – схема.

•Максимальная работа, производимая телом, находящимся во внешней среде, метод потенциалов [9,§20], ≡ – схема.

Преобразование энергии в механическом резонаторе известно со школьной скамьи (9- й класс). Но этот способ преобразования энергии не используется академической наукой!!!

Важным элементом любого квантового генератора, как и всякого другого генератора колебаний, является резонатор. Однако если для радиодиапазона резонаторные системы были хорошо разработаны, и для мазеров были использованы резонаторы, применяющиеся в радиодиапазоне, то для лазеров пришлось разрабатывать специальные резонаторы. Это

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

12

задержало открытие лазера на пять лет. Только после создания оптического резонатора был создан лазер – Квантовый оптический генератор (1960) [Н1].

Для тепловых двигателей закрытый резонатор был описан С.Карно (1824). Открытый резонатор математически впервые описал Клаузиус (1865), в виде эквивалентного цикла.

4.2. Решение уравнения теплоэнергетики Ландау.

Наличие двух способов генерации работы меняет всю концепцию тепловых двигателей в термодинамике, основанную на монополии цикла Карно.

В условиях внешней среды, максимальную работу (Æ) кругового процесса, которую система может совершить над внешним телом, определяет изменение энергии Гиббса (G). Условие: начальные и конечные параметры системы (Ti, рi), совпадают с параметрами среды (Tо, ро) и теплообмен со средой происходит лишь при этих параметрах.

Исследуя работу процессов, Ландау выделяет случай термостата (Tо = const,

ро = const). «Если бы среды не было, то работа, произведенная телом над теплоизолированным объектом при заданном изменении состояния тела (...), была бы вполне определенной величиной, равной изменению энергии тела. Наличие же среды, тоже участвующей в процессе, делает результат неоднозначным, и возникает вопрос о том, какова максимальная работа, которую может произвести тело при данном изменении его состояния…»:

Æ = (TоΔS – ΔH)р [Л1, §20].

Таким образом, Ландау методом Гиббса, вводит квантовую термодинамику, и математическими средствами предсказывает существование множества силовых циклов, имеющих эксергию тождественную существующим электрохимическим циклам, Табл.1. Этого достаточно для того, чтобы уравнение механической работы для термодинамических систем Гиббса-Ландау стало основным уравнением работы в теплоэнергетике. Хотя этому труду более 50 лет, и он широко известен [Я1, П8], уравнение до сих пор не решено и не введено в научно-технический оборот.

Циклические решения уравнения запишем в привычной для термодинамики форме Ӕi = Q1 ± kQo, где Q1 = -∆H – тепловой эффект процесса для рабочего тела TMC, всегда отрицательный; а Qo = To∆S, тепловой эффект процесса для окружающей среды: 0 ≥ (∆S) ≥ 0.

Корни уравнения будем искать только для циклов (ΔH < 0). Движущей силой термодинамических процессов является разность температур ∆Т. В земных условиях единое термодинамическое температурное пространство определяется как Т1 > То > Т2, при этом выделяются два диапазона: (Т1 > То) и (То > Т2). Изменение энтропии ∆S, находится в диапазоне 0 ≥ (∆S) ≥ 0, отсюда следует принципиальная возможность для шести различных корней уравнения Гиббса − Ландау.

Первые три корня, лежат в диапазоне (Т1 > То):

Ӕ1 = Q1 − Qo, − уравнение эксергии для цикла Карно ∆S < 0, η1Т = 1 – То/Т1. Ӕ2 = Q1, − уравнение эксергии цикла для эквивалентности Клаузиуса, η2Т = 1.

Очевидно, что цикл эквивалентности Ӕ2 представляет собою прямой холодильный цикл. Это позволяет построить суперпозицию циклов Ӕ1 + Ӕ2. Ӕ3 = Ӕ2 + Ӕ1 = Q1 + Q1 − Qo.

Так как мы ищем Аmax, Ӕ3 будет при Q1 >> Qo. Тогда предельное значение Ӕ3  2Q1, а

η3Т  2.

После решений для первого интервала (Т1 > То), перейдѐм к следующему интервалу. Возникает терминологический вопрос. Следующие корни уравнения, лежат в

диапазоне (То > Т2) при нагревателе Qo. Если для горячего диапазона (Т1 ÷ То), Аmах принято называть эксергией (exergy), и она привязана к циклу Карно, то для диапазона (То ÷ Т2) Аmах терминологически не определена, а использование термина эксергия приведѐт к пересмотру всех трудов по эксергетическому анализу, коих тьма.

Поэтому вынужденно вводится термин эндергия (endergy, Ǣ), Аmах при эндотермических циклах, в противовес эксергии, Аmах полученной в экзотермических циклах.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

13

Корень Ǣ4 представляет собой композитный цикл Карно, т.е. Ǣ4 = Qo − Qo = 0. Это корень для цикла холодного резонатора.

Ǣ 5 = Qo, при ∆S = 0 и η = 1, Ǣ 5 − соответствует регенеративному циклу (РТЦ). Очевидно, что регенеративный цикл представляет собою прямой холодильный цикл.

Тогда Ǣ6 будет представлять собой суперпозицию РТЦ и цикла Карно: Ǣ 6 = Qo + Qo − Q2,

Полученные результаты иллюстрируют, что для современной теплоэнергетики возможны, по крайней мере, четыре стандартных цикла, из них три имеют КПДт больше,

чем у цикла Карно.

Матрица решений состоит из двух прямых фундаментальных циклов (цикла Карно и эквивалентного цикла) и их суперпозиции. Термодинамические процессы делятся на два типа: техногенные (Цикл Карно) и природоподобные (Регенеративные циклы). Любые макросистемы, функционирующие по 2-му Началу – неуклонно деградируют, поэтому альтернативой деградации является переход на природоподобные циклы (регенеративные циклы).

Решение уравнения Гиббса-Ландау, даѐт матрицу из 4-х новых силовых циклов, и создает математическую базу энергоинверсии, выявило возможность построения квантовых генераторов на эндотермических циклах.

§5. Новый метод визуализации схем циклов (МВСЦ). 5.1. Известные приѐмы визуализации схем циклов

Визуализация (лат. visualis) – общее название приѐмов графического представления информации о физическом явлении в виде, удобном для зрительного наблюдения и анализа.

Визуализация циклов термомеханических систем (ТМС) широко используется в учебниках и плакатах по термодинамике. Но существующий подход не систематизирован по количеству стандартных циклов и представлению ТРТ (термодинамического рабочего тела). Что приводит к существенному искажению информации. Отсутствие адекватного визуального образа часто порождает паралогизмы вместо адекватного представления.

Визуализация циклов термомеханических систем (ТМС) широко используется в учебниках и плакатах по термодинамике. Но существующий подход не систематизирован по качеству и количеству стандартных циклов, представлению термодинамического рабочего тела (ТРТ). Это приводит к существенному искажению информации. Некоторые известные примеры визуализации приведены на рис.1.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

14

Рис. 1. Существующие методы визуализации циклов термомеханических систем.

После того как Эйнштейн приложил принципы термодинамики к рассмотрению генерации индуцированного излучения, были предприняты определѐнные меры по визуализации этих процессов. На рис. 2 представлены известные схемы квантовых переходов визуализированные на базе тепловых машин из работы [П1].

Рис.2. Существующие методы визуализации квантовых переходов [П1].

5.2 Новые принципы визуализации схем циклов.

МВСЦ реформирует прежний метод визуализации циклов, путѐм введения символа двухфазного ТРТ, введения первого начала термодинамики и принципа Клаузиуса. Новый

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

15

метод позволяет исследовать регенеративные циклы, чего не позволяли прежние схемы, и проводит к качественно новым результатам.

Принципиальными отличиями нового подхода являются, выделение фундаментальных параметров и характеристик ТМС:

•В термодинамике все ТМС выполняют циклическое преобразование теплоты (Q) в работу (А) и обратно, посредством ТРТ. Рабочее тело в цикле, поочередно является нагревателем и холодильником. Поэтому, ТМС всегда имеет двуцветные формы прямоугольника или круга.

•Предусмотрено цветовое выделение потенциала теплоисточников (Т1 > То > Т2), в соответствии с спектром света: Т1 – горячий (красные тона), То – теплый (зелѐные тона), Т2 – холодный (синие тона). На каждой схеме присутствует температурная шкала, являющаяся главным фактором визуализации. Верхняя отметка шкалы, соответствует самому высокому потенциалу на схеме. Уровни Т3, Т4, Т5 … и т.д. относятся к промежуточным уровням.

•Индекс (о) – является символом окружающей среды.

•Отражение Первого начала термодинамики: ∑(Qi + Аi) = ∑(Qj + Аj), где i, j – индексы входящих и выходящих потоков энергии, соответственно. Сами потоки энергии отображаются стрелками.

•Отражение Принципа Клаузиуса: выходящие потоки энергии (Qj, Аj) направлены из горячих теплоисточников к холодным. Передача теплоты (Qi) от холодного тела к более теплому, сопровождается компенсацией (А или Æ).

•Цикл Карно использует эндотермический процесс: необходимость поддержания ∆Т между двумя источниками». Поэтому на схеме может присутствовать реактор (R).

•Предельные соотношения при переходе теплоты в работу вытекают из анализа циклических процессов, совершаемых тепловыми машинами. В качестве предельной характеристики работы введена эксергия (техническая работоспособность по принципам

Карно), обозначаемая, как Æ = Аmax [Ш1].

Переходы между стационарными состояниями (уровнями энергии) показаны вертикальными линиями, соединяющими соответствующие горизонтальные линии – комбинирующие уровни [А1]. Направление перехода энергии обозначено стрелкой.

Основные принципы визуализации ТМС, впервые изложены автором в 2009 году

[С6].

§6. Фундаментальные циклы теплоэнергетики и их визуализация.

Заслуга введения термодинамических циклов принадлежит С.Карно (1824) [К1]. Согласно его работе, существует три различных цикла: теплового двигателя (ТД); теплового насоса (холодильника и теплового насоса, ТН); композитного цикла, состоящего из циклов ТД и ТН (закрытого резонатора), играющего роль фильтра.

На рис. 3 проведено сопоставление типовых квантовых переходов и стандартных термодинамических циклов Карно. Здесь представлены схемы квантовых переходов визуализированные на базе тепловых машин.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

16

Рис.3. Стандартные схемы циклов теплоэнергетики. а) Схема цикла теплового двигателя Карно (ТД) [Т2];

б) Схема цикла теплового насоса Карно (холодильника, ТН) [Т2]; в) Схема композитного цикла Карно, состоящего из циклов ТД и ТН [К1], Горячий Резонатор (ГР); г) Схема спонтанного излучения (1→ 0) [А1];

д) Схема индуцированного поглощения (0 → 1), [А1]; е) Схема безызлучательные квантового перехода (0 → 1 → 0), квантового резонатора

[Г1].

Циклы Карно, самые упоминаемые в термодинамике, кроме цикла резонатора не упоминаемого нигде.

Отдельного рассмотрения требуют системы, функционирующие при температурах ниже температуры окружающей среды. Наиболее часто встречающаяся ситуация – когда для поддержания в системе низкотемпературной среды требуется отвод теплоты от системы (ее принудительное охлаждение). Естественным резервуаром для сброса отводимой теплоты является окружающая среда. Поддерживать в системе температуру Т2, можно с помощью машины Карно, действующей в обратном цикле – называемом циклом холодильной машины.

Схема показывает, что чем ниже температура системы, тем значительнее затраты работы на отвод единичного количества теплоты [А1, С1].

Наконец, в том случае, когда в низкотемпературной системе протекают эндотермические процессы, система может быть использована как сток теплоты для

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

17

теплового двигателя, регенератора теплоты окружающей среды. Такой двигатель называется «холодным» [А1, С1].

На рис. 4 проведены инвертированные циклы Карно, синтезированные методом СР- инверсии (Ландау) [П8].

Рис.4. Инвертированные циклы Карно, синтезированные методом СР-инверсии (Ландау) [П8]:

а) Холодный Двигатель (ХД); б) Холодильная Машина (ХМ); в) Холодный резонатор (ХР).

Эквивалентный термодинамический цикл (ЭТЦ) ввѐл Клаузиус (1850) [К2, с.99].

В академическом сборнике (1984) [Т2, с.18] присутствует вариант ЭТЦ, как «Регенеративный термодинамический цикл»: «Термодинамический цикл, в котором осуществляется отвод теплоты от рабочего тела в одном или нескольких процессах цикла для подвода ее к рабочему телу в одном или нескольких других процессах этого цикла». Особенностью этого цикла является использование отработанной теплоты, отсутствие внешнего холодильника и КПДт равное 1 (η = Аi/Qi = 1).

На рис. 5 проведено сопоставление стандартных термодинамических циклов (эквивалентного и регенеративного) и двух типовых квантовых переходов, полученных методом СР-инверсии (Ландау) [П8].

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

18

Рис. 5. Визуализация типовых стандартных термодинамических циклов и квантовых переходов посредством теплоэнергетических циклов.

а) схема эквивалентного цикла Клаузиуса [К2]; б) схема теплового мазера с холодным резонатором [К5], типовой квантовый

переход; в) схема регенеративного цикла [Т2];

г) схема теплового лазера [А1, К5], типовой вынужденный квантовый переход, с горячим резонатором.

Визуализация схем тепловых циклов, показала что все квантовые переходы имеют резонатор верхнего уровня, а все эквивалентные циклы имеют резонатор нижнего уровня.

§7. Обсуждение результатов и выводы.

А король то голый!! Г.Х. Андерсен

Итоги исследования приведены в Табл. 3, где представлены все фундаментальные теплоэнергетические циклы. «К сожалению, вопрос вышел за пределы частного заблуждения» [П10].

Таблица 3. Все фундаментальные циклы теплоэнергетики.

В 1954 г. Президиум АН СССР принял постановление, которым проф. П. К. Ощепкову поручалось подготовить материалы и провести эксперименты по вопросам концентрации энергии [регенерации рассеянной энергии окружающей среды] (Постановление № 0104, п. 4 от 10.07.1954). Тогда исследования были грубо прерваны [О2, П9].

Представленные исследования привели к положительному результату. Как и предполага-лось, среди 10 фундаментальных циклов, находится Регенеративный термодинамический цикл (РТЦ), позволяющий регенерировать отработанную теплоту в работу.

Этот цикл везде называется по разному: монотермический [К6], энергоинверсии [О2], ррm-2 [О3], псевдо ррm-2 (рррm-2) [Б8], а по научному регенеративный (РТЦ) [Т2].

Через 64 года, после упомянутого постановления, можно утверждать, что задача концентрации рассеянной энергии окружающей среды (регенерация бросовой теплоты), окончательно решена в теоретическом смысле [S2].

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

19

Энгельс Ф.: «Вопрос о том, что делается с потерянной как будто бы теплотой, поставлен, так сказать, без уверток лишь с 1867 г. (Клаузиус). Неудивительно, что он еще не решен; возможно, что пройдет еще немало времени, пока мы своими скромными средствами добьемся его решения… Кругооборота здесь не получается, и он не получится до тех пор, пока не будет открыто, что излученная теплота может быть вновь использована» [Э1].

Но академическая верхушка не хочет признать очевидное и ведѐт бешеную борьбу против ррm-2 [П9, П10].

В качестве примера навязывания ложной информации, на начальном уровне преподавания термодинамики, представим учебник Физики, 10 класс, Углублѐнный уровень

(2018) [М5].

«В учебнике на современном уровне изложены фундаментальные вопросы школьной программы, представлены основные технические применения законов физики.

Книга адресована учащимся физико-математических классов и школ, слушателям и преподавателям подготовительных отделений вузов…».

7.1. «Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе» [М5, с.166].

Опровержение 1. На самом деле, направление возможных энергетических превращений определяется уменьшением энергии Гиббса или энергии Гельмгольца [Л1]. Необратимость тепловых процессов не существует, благодаря РТЦ и ЭТЦ [Т2, К2, с.99].

Как заметил М. Планк в своих «Лекциях»: «Существуют ли в природе обратимые процессы или не существуют, априори не «очевидно». Но необратимость, если она существует, должна быть универсальной, поскольку спонтанное убывание энтропии в одной системе с помощью надлежащим образом подобранного взаимодействия можно использовать для уменьшения энтропии любой другой системы; спонтанное уменьшение энтропии одной системы влечет за собой спонтанное уменьшение энтропии всех систем. Следовательно, либо все системы необратимы, либо не существует ни одной необратимой системы» [П5, П6, с. 95].

7.2.«Невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счѐт теплоты, взятой из одного источника» [М5, с.166].

Опровержение 2: Клаузиус: «Итак, в круговом процессе вся сообщенная телу теплота (т. е. алгебраическая сумма всех сообщенных телу в течение кругового, процесса количеств теплоты, которые могут быть как положительными, так и отрицательными) просто равна всей совершѐнной внешней работе». Равенство это выражает «принцип эквивалентности». Клаузиус назвал принцип эквивалентности между работой и теплотой первым началом МТТ (теплоэнергетики) [К2, с.99],

7.3.Невозможно построить вечный двигатель второго рода, т.е. двигатель совершающий работу за счѐт охлаждения какого-либо одного тела». [М5, с.168].

Опровержение 3. Академики СССР Велихов Е.И и др.: «Таким образом, утверждается реальность цикла, в котором электрическая энергия используется для совершения работы, после чего рассеваемое в окружающем пространстве эквивалентное количество тепла вновь преобразуется в электроэнергию. Последний процесс по

терминологии П.Ощепкова называется «концентрацией энергии или энергетической инверсией». А в целом, чем не вечный двигатель? Самый настоящий!» [П10].

Цикл РТЦ соответствует многочисленным определениям «вечного двигателя 2-го рода (ррm-2)» [Х2, с.с. 150 –160].

7.4. Противоречие между обратимостью микропроцессов и необратимостью макропроцессов [М5, с. 169].

Опровержение 4. Противоречие отсутствует, так макропроцессы обратимы, благодаря циклам РТЦ и ЭТЦ [Т4, К2].

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

20

7.5. «Демон Максвелла» Для свое работы Демон должен получать информацию о скоростях,

подлетающих к заслонке молекул. Получать же такую информацию без затрат энергии невозможно [М5, с.176].

Опровержение 5. При использовании Цикла РТЦ информации о скоростях молекул не требуется, заслонка также не нужна, достаточно обратного клапана.

7.6.Из-за того, что часть теплоты при работе тепловых двигателей неизбежно передаѐтся холодильнику, КПД двигателей не может равняться единице [М5, с.182].

Опровержение 6. При использовании трѐхуровневых схем преобразования энергии (ЭТЦ и РТЦ), внешний холодильник не используется, а используется внутренний резонатор.

7.7.Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя не может

превышать максимально возможного значения ηmax = (Т1 – Т2)/Т1. где Т1 – абсолютная температура нагревателя, а Т2 – абсолютная температура холодильника [М5, с.189].

Опровержение 7. При использовании трѐхуровневых схем преобразования энергии (ЭТЦ и РТЦ), внешний холодильник не используется, используется внутренний резонатор,

ηТ = 1 [Т4, К2].

7.8. Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному – важнейшая техническая задача [М5, с.189].

Опровержение 8. Существующим тепловым двигателям более 250 лет. Возможности их модернизации исчерпаны, а дальнейшее использование приводит к возрастающей деградации планеты. Об этом публично высказался В.В.Путин на всемирном форуме.

«Важнейшая техническая задача», поставлена Президентом РФ: «Внедрять

принципиально новые природоподобные технологии, которые не наносят урон окружающеему миру, а существуют с ним в гармонии и позволят восстановить нарушенный человеком баланс между биосферой и техносферой» [П11].

Эта задача была поставлена три года назад, а учебник для 10-го класса, т.е., ученикам учиться ещѐ два года. Значит, умышленно отобрано пять лет для ментального внедрения молодѐжи программы развития природоподобных технологий. Это пример прямого саботажа призыва Президента РФ.

Приведѐнные примеры показывают, какие глубокие корни пустила лженаука в нашем обществе. Лженаука и создаваемые ею проблемы действительно существуют. Они наносят невосполнимый материальный и моральный ущерб, как науке, так и человеческому обществу в целом. Что это: глупость, ошибка или преступление?

И это не ерунда! Законы физики определяют экономические и социальные законы общества. Ложный энергетический путь, на который встал СССР в 1961 году [П9, П10, Б8], закономерно привѐл его к краху в 1991году. За последние 60 лет, ни одна экономическая стратегия СССР и РФ не сработала [Ч1], несмотря на все гигантские капиталовложения. И это будет повторяться вновь и вновь, вплоть до отказа от старой научной парадигмы! Уроки истории написаны кровью! У России нет иного пути выхода из уготованного лженаукой тупика, как переход к энергоинверсии (ррm-2).

У современного государства три базовых института: наука, религия и культура. Их задача бороться с ростом энтропии [З2, М1]. И кода некоторые института вместо борьбы с хаосом, способствуют его росту, быть большой «Беде».

§8. Список использованной литературы.

А1. Айрапетян В.С., Ушаков О.К.//Физика лазеров: учебное пособие– Новосибирск:

СГГА, 2012.

А2. Александров Е.Б.//Битву с шарлатанами возглавил академик Александров

//06.04.2013// www.vesti.ru.

А3. Алексеев Г. Н. Преобразование энергии. – М.: Наука, 1966.