Об открытых возможностях построения изотермических преобразователей.

Автор статьи - Юрий Виноградов
Помимо теоретических вопросов, в статье приведено описание эксперимента, который по мнению автора статьи, доказывает возможность получения энергии из рассеянного тепла.



Современник Р.Клаузиуса М.Смолуховский – (1872-1917гг.) – тот, который подорвал теорию тепловой смерти вселенной, объяснял тем, кто умеет читать:

«Мир находится в статистическом равновесии, в котором местные неоднородности существуют, но истинного равновесия не наступит никогда.

Второй закон термодинамики находит столь широкое применение в области нашего опыта, поскольку человек находится в области «ненормальной» фазы, когда в соответствии со случайными свойственными нам большими размерами по отношению к миру молекул и малыми размерами, по отношению к космосу – мы не замечаем непрерывно происходящих процессов с уменьшением энтропии в микро мире и в космосе и даже в стратосфере Земли. Конечно, имея размеры малые, для того, чтобы видеть нарушение второго начала в области молекул, следует сомневаться, а были бы мы разумными, чтобы знать о втором начале термодинамики и наблюдая его достаточно частое нарушение….»

Фридрих Энгельс (1820-1895гг.) писал:

« Мы приходим, таким образом, к выводу, что излучённая в мировое пространство теплота должна иметь возможность каким-то путём – путём, установление которого будет когда-то в будущем задачей естествознания, - преобразовываться без затрат энергии в другую форму движения, в которой она сможет снова сосредоточиться и начать активно функционировать. Тем самым отпадает главная трудность, стоящая на пути к признанию обратного превращения. Концентрация и деконцентрация энергии в природе должны существовать обязательно в диалектическом единстве. Все открытые до сих пор способы получения энергии – экстенсивные.

Человечество пока овладело только той ветвью мирового энергетического закона, которая связана с диссипацией, т.е. с рассеиванием энергии. Факты рассеивания энергии мы наблюдаем постоянно, потому не удивительно, что они были познаны и использованы первыми.

Не признавая концентрацию энергии в природе, приходится признать логичность увеличения энтропии до состояния не совместимого с условиями для жизни, приходится признать, следовательно, и факт рождения природы с минимальной энтропией, приходится отринуть представление о вечности существования материи.»

К.Э.Циолковский (1857-1937гг.):

«.. мы видим, что постулат Клаузиуса в чистом виде, без оговорок, не оправдывается. Сила тяготения, как и другие причины, – число же их неизвестно, – его нарушают. Вот почему необходима . к постулату оговорка "сама собою".

Действительно, теплота переходит от холодного тела к теплому, но не сама собой, а через вмешательство силы тяготения. В своем чистом виде, постулат может быть нарушен и еще во множестве случаев, но опять не сам собою, а вследствие каких-либо исключительных условий.

Постулат Клаузиуса неразрывно связан с положением Томсона: "нельзя получить при помощи неодушевленной материи работу от какой-либо части материи, охлаждая ее ниже температуры наиболее холодного из окружающих тел". Короче – если температура в данный момент одинакова для данного изолированного мирка и иной энергии, кроме тепловой, нет, то нельзя получить из последней полезную для человека механическую работу. Это положение кажется грубо-очевидной истиной. Но если нарушается (не сам собой) постулат Клаузиуса, то должно нарушаться и правило Томсона и даже без всякого участия одушевленной материи.»

В письме к М.Соломону А.Энштейн (1879-1955г.г) пояснял,

«….термодинамика является ничем иным, как систематическим ответом на вопрос: какими должны быть законы природы, чтобы «вечный двигатель» оказался невозможным. Образцом рассуждений и формальным принципом термодинамики является положение: законы природы должны быть таковы, чтобы отсутствовала правовая база доказательства возможности построения вечного двигателя (первого и второго рода)».

М.Планк (1858-1947гг.) писал: «Так называемые «доказательства» 2-го начала не удовлетворяют условиям логики и математики потому, что при ближайшем рассмотрении все они представляют только более или менее недостаточную перефразировку доказуемого. … Во всяком случае, до настоящего времени не было дано ни одного связанного доказательства 2-го начала, которое обходилось бы без указанного или ему эквивалентного основного положения, хотя в этом направлении был принят ряд попыток, и я не думаю, что можно было бы рассчитывать на успех в этом направлении».

Как ни парадоксально, но, как свидетельствует история науки и физики, в частности, творцами, новаторами, авторами новых идей в основном являются не эрудированные в данной области специалисты, а дилетанты. Так, закон сохранения энергии неразрывно связан с именем врача Майера, механический эквивалент теплоты в работу впервые установил повар Джоуль, принцип регенерации теплоты из отработавшего тела тепловой машины в нагреваемое и лучший по КПД тепловой двигатель – придумал пастор Стирлинг.

- Слово «дилетант» происходит от итальянского слова «дилетанто» - удовольствие. Работа ради удовольствия приносит результаты не достижимые профессионалами.

- Хорошо известно высказывание А.Энштейна о том, как делают открытия: «Все профессионалы знают, что это не возможно. Приходит один чудак, который этого не знает и делает открытие».

- Греческие боги наказали Прометея не зря: - энергия, добываемая простым сжиганием углеводородов, уводит цивилизацию в какую-то другую плоскость существования, где человек теряет связь с природой и уходит от своей натуральной природной сущности. При этом цивилизация приобретает в своем развитии какие-то дурные и уродливые черты, несвойственные отдельно взятому человеку разумному, но свойственные человеку в составе корпоративного, общественного, государственного стада.

Продолжая тему наказания Прометея, следует признать, что всех энергетиков и какадемиков РАН (типа Фортова, Фоворского, Шпильрайна) содействующих сжиганию природных запасов органического сырья на Земле и препятсвующих внедрению изотермического преобразования теплоты в работу - ждёт участь Прометея - им печёнку будет клевать орёл.

Уже более 50 лет известна трубка Ранка, но нет методики расчёта её параметров, хоть многим хочется заставить её работать эффективнее.

После второй мировой войны опыты Ранка продолжил немецкий физик Роберт Хилш. Он значительно улучшил эффективность «трубки Ранка», увеличив разность температур на ее концах. К тому же он описал интересное явление, которое не заметил французский исследователь: образующийся вихрь за счет низкого давления в центре сам подсасывал внешний воздух, усиливая эффект вихреобразования. Но невозможность теоретического обоснования вихревых эффектов сыграла с открытиями Ранка-Хилша злую шутку и отложила их техническое применение на десятилетия.

Есть четыре объяснения причины разделения газа на горячий и холодный, но если нет методики расчёта, значит – нет ни одного правильного?

Наблюдение крупномасштабных гидродинамических структур в вихревой трубке и эффект Ранка

Внешне простой вихревой эффект на самом деле объясним с точки зрения гравитационной термодинамики К.Э.Циолковского, но кто же из какадемиков РАН читает первоисточники?

Известна не многим работа: «Почему второе начало термодинамики нарушается в квантовых истемах», Алексей Никулов. Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов, Российской Академии наук, 142432 г.Черноголовка, Московская обл., Россия. В подтверждение выводов этой работы - предложена нижеследующая статья.


Так получилось, что радиоинженеры научились возвращать теплоту парообразования в процедуру испарения вещества и сэкономили в 24 раза теплоту в процедурах вакуумного низкотемпературного обезвоживания (при дистилляции). Расширяя опыт, задались вопросом: «Может быть можно сделать так, чтобы и паровозу не требовалось выбрасывать пар в атмосферу?».

Оказалось, что паровозу помочь нельзя, а бестопливный локомотив изготовить можно. Расчётным путём, по стандартной методике расчёта, через энтропию, энтальпию и удельный объём вещества, расчётным путём авторы показали, что можно создать поршневую тепловую машину с внешним подводом тепла от окружающей среды и такой двигатель будет производить полезную работу, поглощая теплоту окружающей среды.

При попытке опубликовать эти сведения, выяснилось: околонаучные чиновники от термодинамики не хотят и не могут разобраться в расчётах термодинамического цикла потому, что помнят со школьных времён – изотермический преобразователь нельзя создать потому, что этого не может быть никогда. Эксперты советовали: «Покажи действующий макет!».

Авторы проекта задумались о построении макета и вспомнили, что они по специальности радиоинженеры, вспомнили о том, что тепловое движение электронов в проводниках, в том числе во входных цепях усилителей и радиоприёмников, создаёт заметную мощность шумового тока. Этот источник шумового напряжения вредный и вечный, но даровой. Он мешает приему слабых полезных сигналов. Авторы задались вопросом: «Можно ли сложить на общей нагрузке тепловые шумы разных электрических проводников?».

Оказалось, что без приведения к одной фазе (или без выпрямления каждого парциального шумового тока) – сложить мощности шумового тока разных проводников, для увеличения суммарной мощности - нельзя. Этот вывод, казалось бы, лишний раз подтверждал правоту и обоснованность сговора Больцмана с Максвеллом в их попытке помирить молекулярную физику и электродинамику, а сговор заключается в следующем:

«Известно, что вечное движение существует – (движение электронов в проводнике, электронов вокруг ядра атома, но использовать его – нельзя!» В то время было нельзя. Ещё не было наук: «радиотехника» и «физика твёрдого тела».

Тепловые шумы – источник вечного тока во внешней цепи любого электрического проводника. Мощность теплового тока пропорциональна температуре проводника и полосе шумящих частот (С.И.Баскаков,«Радиотехнические цепи и сигналы», М, Высшая школа, 1988г.). Среднее значение амплитуды шумящего тока равно нулю. В режиме согласования по мощности напряжение на нагрузке равно половине напряжения электродвижущей силы шумового тока.

Авторы обратили внимание на шумящее сопротивление потерь конденсатора с дифференциальной ёмкостью – варикапа. В варикапе шумящее сопротивление зашунтировано емкостью варикапа, а поскольку емкость зависит от напряжения на конденсаторе, то одна из полуволн шумового напряжения шунтируется ВСЕГДА больше, чем другая. Полуволны шума, которые меньше шунтируются конденсатором с дифференциальной ёмкостью (внутри варикапа) – создают в цепи шумящего сопротивления потерь варикапа - больший ток, чем те полуволны, которые шунтируются возрастающей от этой полярности смещения варикапа – ёмкостью варикапа.

Так на варикапе самостоятельно, за счёт токов шума собственного резистора потерь появляется постояннаясоставляющая шумового тока во внешней цепи варикапа, а варикап превращается в источник постоянного тока мощностью не больше чем РЕД :

РЕД = N*k*T* dF, где : (1.)

РЕД – мощность шумящего резистора;

- N – коэффициент шума проводника (от 1 до 1000);

- k – постоянная Больцмана;

- Т – температура в градусах Кельвина;

- dF – полоса частот шумового тока.

Источником постоянного тока на (базе изотермического преобразования теплоты в электрический постоянный ток), как оказалось, являются все конденсаторы с дифференциальной ёмкостью, в частности, тонкоплёночные конденсаторы.

Для варикапа КВ109 (А.В.Баюков, А.Б.Гитцевич, А.А.Зайцев и др. «Полупроводниковые приборы: Диоды…» Справочник. М.Энергоиздат, 1982г.) коэффициент шума, N = 1.3. Тогда мощность шума теплового шума резистора потерь, при температуре 300оК равна:

РШУМА ПОТРЕЬ = 1.3 * 1.38 * 10 – 23 (дж*град-1) * 0.45 * 10 9 (Гц) *300 (градусов Кельвина) =

2.42 * 10 - 12 Вт . (2.)



Проведен эксперимент по измерению мощности постоянной составляющей шумового тока.

Рисунок 2.





На рисунке 2, справа - принципиальная схема устройства, где резистор Rвх =1.0 Мом, это входное сопротивление осциллографа, а кнопка Кн замыкает цепь подключения параллельно соединённых варикапа КВ109 и его шумящего сопротивления Rш ко входу осциллографа. Кнопка (с позолоченными контактами) управлялась нажатием вручную с периодом dt = 1.0 секунда.

Для осциллографа был установлен режим ждущей развёртки и после каждого нажатия на кнопку осциллограф регистрировал импульс, параметры которого отображены на правой части рисунка 2.

• При ширине импульса τ = 0.1 мС, получалась скважность Q:

Q = dt / τ = 5 / 10-4 = 10 000.


Средняя мощность тока при разряде конденсатора на входную цепь осциллографа, Римп экс, зависит от величины резистора нагрузки, коим является резистор Rвх=1.0 Мом, напряжения заряженного конденсатора Uконд = 0.15В и скважности, Q = 10 000:

Римп.экс = (Uконд )2 / Rвх * Q = 2.25*10-2 / (106 * 1*104 ) = 2.25*10-12 Вт. (2.)



Теоретическая оценка (2.), по формуле (1.) дала значение РШУМА ПОТРЕЬ = 2.42 * 10 - 12 Вт.

Экспериментальные данные мощности шума оказалисьниже на величину σ:

σ = 100 (2.42-2.25)/2.42 = 6.9%. (3.)



Совпадение теории и эксперимента - УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ!





[1] Современная технология позволяют вырастить на одной подложке, площадью один сантиметр квадратный, более 128 *109 шт. (128 миллиардов) варикапов, у которых полоса частот не 0.45, а 20 GGz. При этом, каждый варикап выдаёт мощность шума, Р шума единичного :

Р шума единичного = 2.24 * 10– 12*(20/0.45) = 0.995 * 10 – 10 Вт. Полная мощность 128 миллиардов варикапов равна: РМИКРОСХЕМЫ=0.995*10– 10*128*109=12.8 W.



На фотографии слева представлены девять стандартных варикапов типа КВ109. Каждый в своём пластмассовом корпусе с двумя выводами. Десятый варикап помещён в угловой разъём и подключен по схеме рисунка 2.[1] При нажатии на кнопку, Кн, варикап подключается к осциллографу и разряжается на его входное сопротивление. С отпущенной кнопкой, варикап заряжается за счёт теплового флюктуационного тока, поглощая тепловую энергию из окружающей среды.


На рисунке 3 приведена фотография изотермического преобразователя, который за четыре часа накапливает энергию, достаточную для обеспечения вспыхивания светодиода (после нажатия кнопки) с яркостью, достаточной для чёткой фиксации глазом, на фоне нормального освещения в комнате.

В качестве парциальных последовательно включённых источников постоянного тока применены тонкоплёночные конденсаторы с дифференциальной ёмкостью, каждый из которых является выпрямителем тепловых шумов собственного сопротивления потерь.

Рисунок 3.


Выводы:

• В рамках исследования, объяснён феноменсамопроизвольного заряда тонкоплёночных конденсаторов;
• Создан действующий макет изотермического преобразователя теплоты в постоянный электрический ток. Экспериментально измеренная выходная мощность макета подтверждает правильность объяснения феномена.
• При достигнутых успехах микроминиатюризации (12.8*1010 диодов/см2), одна микросхема может выдавать мощность, не менее Р = 12.8 W;
• если при производстве найквисторов применить старую (шумящую технологию), то одна микросхема может выдавать более 128. Вт постоянного тока (при N=10.0), а плата площадью 1.0 м2 – около 1280 кВт.!! Повышать коэффициент шума можно (если это удавалось создать 50 лет назад, то можно и сегодня). Технология большого шума потеряна потому, что у разработчиков варикапов была другая задача - требовалось уменьшать коэффициент шума.
• Тепловую мощность более, чем 100 Вт/см2, не передать в найквистор по причине конечной теплопроводности подложки БИС при разумном температурном напоре (1000 кВт с квадратного метра при перепаде температур в 30 градусов).

 

Полупроводниковый преобразователь тепловой энергии окружающей среды
Анатолий Зерний

Проблема современной энергетики состоит в том, что производство электроэнергии – источник материальных благ человека находится в губительном противостоянии с его средой обитания – природой и как результат этого – неизбежность экологической катастрофы.

Поиск и открытие альтернативных экологически чистых способов получения электроэнергии – актуальнейшая задача человечества.

Одним из источников энергии, является природная окружающая среда: воздух атмосферы, воды морей и океанов, которые содержат огромное количество тепловой энергии, получаемой от Солнца.

Рассмотрим для примера изолированный кристалл собственного полупроводника, который легирован (см. рис.1) донорной примесью вдоль оси X по экспоненциальному закону

Nд(x) = f (ekx).



Рис. 1. Кристалл полупроводника легированый донорной примесью

Левая часть кристалла (X0) легируется до такой концентрации Nдмакс, чтобы уровень Ферми находился у дна зоны проводимости полупроводника, а правая часть кристалла (Xк) легируется до минимально возможной концентрации Nдмин, чтобы уровень Ферми находился посредине запрещенной зоны полупроводника, при заданной температуре.

Основными носителями заряда, в данном случае, являются электроны (n).

Для простоты рассуждений, неосновными носителями – дырками (р) пренебрегаем из-за малой их концентрации.

В некоторый условный начальный момент, когда закон распределения концентрации электронов совпадает с законом распределения донорной примеси (n=Nд), кристалл в целом является электрически нейтральным и в каждом его элементарном объеме выполняется условие np=ni2, а вдоль оси X существует положительный градиент концентрации (см. рис.2) основных носителей – электронов dn/dx>0.



Рис. 2. Закон распределения концентрации основных носителей в кристалле

Под действием сил теплового движения и в результате наличия градиента концентрации, электроны начинают диффундировать в кристалле вдоль оси X из области высокой их концентрации (X0) в область низкой концентрации (Xк), в результате – электронейтральность кристалла нарушается.

Электроны, движущиеся слева направо, оставляют после себя положительно заряженные ионы донорной примеси Nд+.

Эти ионы, жестко связанные с кристаллической решеткой полупроводника, образуют в левой части кристалла неподвижный положительный объемный заряд, а электроны, перешедшие в правую часть кристалла, образуют отрицательный объемный заряд равной величины, в результате чего в объеме кристалла полупроводника вдоль оси X образуется постоянное по величине электрическое поле Eх (см. рис.3).



Рис. 3. Распределение объемных зарядов в кристалле

Силы электрического поля будут стремиться возвращать электроны в ту область кристалла, откуда они диффундировали. Те электроны, энергия которых недостаточна для преодоления сил электрического поля, будут возвращаться – дрейфовать в электрическом поле в направлении, противоположном процессу диффузии.

Таким образом, в кристалле полупроводника вдоль оси X текут два встречно направленных тока: Jдиф. – ток диффузии, Jдр. – ток дрейфа.

В процессе образования электрического поля в кристалле в сторону увеличения его напряженности, диффузионный ток уменьшается вследствие снижения градиента концентрации электронов, а дрейфовый ток увеличивается за счет увеличения количества электронов, возвращаемых растущим полем в обратную сторону, что в конечном итоге приводит к выравниванию этих токов Jдиф.=Jдр. и установлению в объеме кристалла электрического и термодинамического равновесия.

Плотность тока диффузии: Jдиф. = –qnD(dn/dx).

Плотность тока дрейфа: Jдр. = μnqnEx .

Суммарный ток в кристалле:

Jk = Jдр. + Jдиф. = μnqnEx – qnD(dn/dx) = 0.

Исходя из вышеизложенного, напряженность электрического поля в кристалле:

Ex = (kT / qn) K,

где: k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура кристалла, qn – заряд основных носителей, K – показатель экспоненты распределения примеси.

Таким образом, неоднородное распределение донорной примеси Nд вдоль оси X кристалла полупроводника по экспоненциальному закону приводит к образованию в объеме кристалла полупроводника постоянного по величине электрического поля, величина напряженности которого Ex не зависит от координаты X, а определяется только величиной абсолютной температуры T кристалла и показателем K экспоненты распределения донорной примеси. При этом один конец полупроводника (X0) окажется заряженным положительно по отношению к другому концу полупроводника (Xk).

В этом случае, при заданной температуре, диаграмма энергетических зон в полупроводнике вдоль оси X приобретает следующий вид (см. рис.4)



Рис. 4. Диаграмма энергетических зон

ΔEс – высота потенциального барьера между концами полупроводникового кристалла, φk – разность потенциалов между концами полупроводникового кристалла, α – угол наклона энергетических зон.



tgα = qnEx .

Это означает, что между противоположными концами полупроводникового кристалла существует разность потенциалов, φk а значит, развивается ЭДС (холостого хода).

ЭДС, выраженная в Вольтах будет по величине численно равна половине ширины запрещенной зоны полупроводника:

ЭДС = (Ec – Ev) / 2 (B).

Например, для германия ЭДСGе = 0,35В, для кремния ЭДСSi = 0,55В при температуре 293ºК.

Если замкнуть разноименные концы полупроводникового кристалла металлическим проводником с сопротивлением R, то в цепи потечет электрический ток JR, и как следствие в кристалле нарушится электрическое и термодинамическое равновесие, а именно: электроны уйдут с правого конца кристалла и перейдут в левый конец кристалла через проводник, чем будет увеличен градиент концентрации электронов, а значит ток диффузии Jдиф.. увеличится, а ток дрейфа Jдр. уменьшится, так как уменьшится напряженность электрического поля Eх.

Ток JR в проводнике будет составлять разницу между токами диффузии Jдиф. и дрейфа Jдр.:

JR = Jдиф. – Jдр..

При увеличении тока диффузии электроны будут отбирать тепловую энергию от кристаллической решетки полупроводника, вследствие преодоления ими потенциального барьера ΔЕс, в результате чего кристалл будет охлаждаться. Для поддержания постоянного тока в цепи нагрузки необходимо непрерывно подводить к кристаллу теплоту Q от окружающей среды (воздух, вода и т.п., см. рис.5).



Рис. 5. Электрическая схема полупроводникового преобразователя

Аналогичные рассуждения и выводы можно сделать при легировании кристалла полупроводника акцепторной примесью (Na) или встречно легировать донорной и акцепторной примесями (Nд – Na).

 

На бумаге красиво, работало бы...

 

они, родимые, кто же еще)))
но скорее всего просто поисковики задвинули эти ссылки в хвост по причине малого количества запростов и обращений

 

Ну так мы же дадим супостатам достойный отпор - был бы толк, как говорится. Увидеть бы хоть одну, самую распаршивенькую "диодную матрицу" - опыт и выступление Виноградова на "фабрике мысли" пока выглядят не слишком-то убедительно. И еще надо учесть, что деньги на НИОКР выделялись, он мне сам об этом писал. Результата, как обычно, как и пресловутого молока - не видали пока...