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

Можно ли что-нибудь сделать, чтобы заставить «нуль-мотор» производить работу, а не «съедать» ее? Эта задача решается очень просто. Нужно перед насосом включить в схему еще один аппарат — конденсатор, как показано на рис. 5.3, и отводить от него теплоту Q при более низкой температуре T₀ < T_О.С.. Тогда аммиак будет в нем сжижаться, и давление его соответственно снизится. Если, например, проводить конденсацию при T₀ = 250 К (—23 °С), то, как видно из кривой на рис. 5.2, давление в конденсаторе установится около 0,16 МПа (1,6 ат). Двигатель сразу оживет, так как на детандере появится перепад давлений; он начнет работать, расширяя аммиак с 1,0 МПа (10 ат) до 0,16 МПа (1,6 ат). Часть произведенной работы пойдет на насос, а остальная — полезная работа — будет выдана потребителю. Это будет большая часть работы детандера, так как насос отберет только небольшую ее часть (он перекачивает жидкость, объем которой в десятки раз меньше, чем пара; соответственно меньше и нужная работа).

Рис. 5.3. «Усовершенствованный» двигатель Гэмджи с отбором теплоты Q0 на нижнем темтемпературном уровне

Такой двигатель заработал бы потому, что было бы выполнено требование второго закона — имелась бы разность температур (T_О.С. – T₀). При T_О.С. подводилась бы теплота Q_О.С., а при T0 отводилась бы теплота Q₀ < Q_О.С. Разность Q_О.С. — Q₀ давала бы работу L = Q_О.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 < T_О.С., обязательно нужна холодильная машина (тепловой насос), которая отводила бы теплоту Q₀ обратно на уровень окружающей среды T_О.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 (L^ДВ_ДЕЙСТВ < L^ДВ_ИД), а тепловой насос потребует больше работы, чем идеальный (L^Т.Н._ДЕЙСТВ < L^Т.Н._ИД). Поскольку L^ДВ_ИД = L^Т.Н._ДЕЙСТВ, то L^Т.Н._ДЕЙСТВ > L^ДВ_ДЕЙСТВ, т. е. эту систему, чтобы она двигалась, нужно крутить извне с затратой работы L = L^Т.Н._ДЕЙСТВ — L^ДВ_ДЕЙСТВ. 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 T_О.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 > T_О.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.