Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии
Шрифт:
Несколько вариантов такого двигателя и достижения его изобретателей весьма эффектно рекламировал Е. Муслин в статье под многообещающим, но не очень грамотным заголовком «Выше цикла Карно» [3.3]. Этой статьи вполне достаточно, чтобы увидеть, в чем дело. Она построена, очень любопытно. Автор начинает с чрезвычайно почтительного отзыва о С. Карно, называя его труд (и совершенно правильно) гениальным. Портрет С. Карно даже открывает статью. Но, проведя необходимый цикл поклонов и расшаркиваний перед гением, Е. Муслин, «не переводя дыхания», пытается под корень принцип Карно изничтожить. Он делает это, ссылаясь на одного из изобретателей нового двигателя — И.М. Ковтуна.
Цитируем: «Он (т. е. Ковтун) снова и снова вчитывался в отточенные формулировки термодинамических теорем, пытаясь найти хоть какие-нибудь неиспользованные лазейки в неприступном фундаменте
Начнем разбор этой длинной цитаты с констатации того, что Е. Муслин исказил до неузнаваемости теорему Карно, превратив ее четкое содержание в бессмыслицу Сделал это он очень просто: убрал из формулировки только одно слово — «максимальный». У Карно, пользуясь современными терминами, речь идет о максимальном, предельном значении термического КПД, а не КПД вообще, любой машины. Все остальные неточности в муслинском изложении теоремы Карно по сравнению с этой «поправкой» несущественны.
Настоящий смысл положения Карно совсем не тот который ему приписал Е. Муслин. Карно утверждал то чем мы уже говорили в гл.4: что при любом рабочем теле (а не только газе, как у Муслина) и любом типе двигателя количество полученной из теплоты Q работы не может превышать величины Q•(T-T О.С.)/T. [80] Учтем эту поправку и вернемся к рассуждениям Е. Муслина. Из нее прежде всего следует, что Карно нигде не утверждал, что для реальных машин-двигателей КПД не зависит от природы газа. Он прекрасно понимал, что зависит. И не только газа, но и любого рабочего тела в любом агрегатном состоянии.
80
Величину ( Т — ТО.С.)/Т(фактор Карно) иногда называют термическим КПД цикла Карно. По существу это максимальный коэффициент преобразования теплоты в работу при заданных температурах Ти ТО.С.
Двигатели, используемые в технике, работают на самых разных рабочих телах — от воды до гелия; в каждом случае разработчики этих машин, стремясь повысить КПД, выбирают как процессы, так и наиболее подходящие рабочие тела. Как известно, эти тела вопреки Муслину меняют в цикле свои свойства. Но при всем том перейти предел, установленный Карно для идеального цикла, нельзя, можно только к нему приблизиться. Этим и занимаются настоящие энергетики. Они не устанавливают никаких принципиальных запретов на свойства рабочего тела. Все диктуется целесообразностью. Если в рабочем теле происходят обратимые химические реакции и это повышает КПД — пожалуйста! Принцип Карно, повторяем, разрешает использовать любое рабочее тело (чистое вещество, смесь, раствор, что угодно). Поэтому утверждение, что «на этот случай теорема Карно не распространяется», не имеет никакого разумного обоснования. Использование химических реакций в рабочем теле может быть полезным, в частности, и в двигателях Стирлинга [81] . Однако никакого «КПД выше КПД цикла Карно» нет и не будет.
81
О двигателе Стирлинга и его истории можно прочесть в [1.29, 1.30].
Так Е. Муслин опроверг С. Карно. Ничуть не
Атаку на него Е. Муслин начинает под абсолютно верным лозунгом, звучащим даже несколько консервативно: «Законы верны и незыблемы, но их надо правильно понимать». Цитируем: «У самого Рудольфа Клаузиуса, творца второго начала, имеется еще одна формулировка, в которой говорится, что этот «переход (тепла от менее нагретого тела к более нагретому) невозможно осуществить с помощью каких-либо машин и приборов без того, чтобы в природе не произошло еще каких-либо изменений».
Далее из этого делается смелый и четкий вывод: «Таким образом, если изменения есть, то второе начало уже не при чем и цикл Карно нам не указ».
Здесь, как и при разборе постулата Карно, Муслин просто исказил классика, который никогда ничего подобного не писал. Берем работу Клаузиуса [1.13] и читаем соответствующее место: «Переход теплоты от более холодного тела к более теплому невозможен без компенсации». Вместо двух слов «без компенсации» Е. Муслин написал о «машинах и приборах» и «каких-либо»… «изменениях в природе».
Между тем Клаузиус, говоря о компенсации, имел в виду очень четкую и ясную мысль (на то он и классик!). Она состоит в том, что переход теплоты «снизу вверх» требует компенсации,например затраты работы (говоря по-современному, в более общем плане, эксергии любого вида). Другими словами, действие каждого теплового насоса (а именно он производит отбор теплоты у более холодного тела и передачу его более теплому) возможно только при затрате работы. Это и есть «компенсация». Поэтому вывод, что «цикл Карно нам не указ» и все дальнейшее никак не вытекает из постулата Клаузиуса.
Все, о чем говорилось выше, Е. Муслин написал, по его собственному признанию, «не углубляясь в термодинамические тонкости». Что верно, то верно!
Оптическиеppm-2 представляют собой еще более оригинальный пример поисков обхода второго закона, чем химические.
Примером может служить устройство преобразования излучения, описанное Г. Лихошерстых [3.10], о «вкладе» которого в науку о тепловых насосах мы уже говорили. Он без тени сомнения утверждает, что, используя свойства люминофоров, можно получать «энергетическую прибавку»… «за счет концентрации тепловой энергии окружающей среды и эта прибавка может быть очень значительной». Как источник научной информации он использует книгу Ю.П. Чуковой «Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения». Это вполне серьезная книга, в которой нет ни атак на второй закон, ни «энергетических прибавок».
Напомним, что люминесценцией называется процесс испускания телом (люминофором) под действием какого-либо энергетического возбуждения (например, светового) дополнительного излучения, отличного от его собственного теплового излучения.
Многие люминофоры переизлучают падающее на них излучение так, что испускаемый ими свет имеет большуюдлину волны, чем поступающее излучение. Это так называемая стоксова люминесценция [82] . Позже стала известна и антистоксова люминесценция, при которой испускаемое излучение имеет меньшуюдлину волны, чем возбуждающее. В первом случае испускаемые кванты излучения имеют меньшую среднюю энергию, чем поступающие, во втором — большую. Разница в энергетическом балансе компенсируется за счет внутренней энергии люминофора.
82
Поимени Дж. Стокса (1819-1903) — известного английского физика и математика, обнаружившего это явление.
Очевидно, что антистоксова люминесценция должна вызывать (и действительно вызывает) охлаждение люминофора, поскольку уходящее излучение выносит больше энергии, чем приносит входящее.
В стационарных условиях в этом случае к люминофору нужно подводитьтеплоту Q, компенсирующую разницу (рис. 5.9, а).Теплоту можно подводить откуда угодно, в частности и из окружающей среды при T О.С.. Именно за этот факт и ухватился Г. Лихошерстных; он усмотрел в нем «концентрацию энергии окружающей среды». На самом же деле, если разобраться в этом процессе серьезно, ничего подобного здесь не происходит; более того, дело обстоит как раз наоборот.