Статья: Закон сохранения энергии – глобальная физико-математическая ошибка

закон сохранения энергии - глобальная физико-математическая ошибка

Канарёв Ф.М.

kanarevfm@mail.ru

Анонс

Покажем суть этой ошибки и отсутствие интеллекта для её понимания академиками РАН и сотрудниками её институтов. Доказательством этого служит письмо, полученное нами от Вице-президента РАН Месяц Г.А.

Сущность глобальной физико-математической ошибки скрыта в математических моделях расчёта электрической энергии, потребляемой неисчислимым количеством потребителей. Эта ошибка лежат в основе электроизмерительных приборов энергии и мощности. Главным из этих приборов является счётчик электроэнергии. Он правильно учитывает электроэнергию, подаваемую потребителю непрерывно, и увеличивает реальный расход электроэнергии, подаваемой потребителю в виде импульсов напряжения и тока в количество раз, равное скважности импульсов напряжения. Скважностью импульсов называется величина, равная отношению периода подаваемых импульсов напряжения или тока к их длительности () [1].

Если напряжение, подаётся потребителю непрерывно в виде функции , то возникающий при этом ток описывается непрерывной функцией тока . В этом случае импульсов нет и скважность (рис. 1). В результате величина средней мощности , реализуемой первичным источником электроэнергии, - электрической сетью, рассчитывается по формуле, которую в упрощённом виде можно представить так [2]

. (1)

Рис. 1. Батарея, нагреваемая ТЭНом

На рис. 1 - батарея нагревается до . ТЭНом, потребляющим электроэнергию непрерывно, с реализуемой мощностью 880Вт. Все приборы, измеряющие непрерывное потребление электроэнергии, в том числе и счётчик электроэнергии, подтверждают достоверность формулы (1).

Если же электроэнергия потребляется импульсами, то функции , в формуле (1) теряют свой аналитический вид непрерывных функций и счётчик электроэнергии начинает искажать величину электроэнергии, потребляемую импульсами (рис. 2). Обусловлено это тем, что на клеммах счётчика электроэнергии входная величина напряжения всегда представлена в виде непрерывной функции , формируемой первичным источником электроэнергии - генератором электростанции. Если между счётчиком электроэнергии и её потребителем установлен генератор импульсов (рис. 2), то потребитель получает от генератора импульсы напряжения с амплитудами , имеющими скважность . При этом в электрической цепи, идущей к потребителю, возникают импульсы тока с амплитудами и скважностью .

Предплазменная ячейка

Рис. 2. Схема эксперимента импульсного питания батареи

импульсный потребитель напряжение электрический

Возникает вопрос: сможет ли счётчик электроэнергии правильно учесть импульсную подачу напряжения потребителю? Ответ однозначный - не сможет, так как на его клеммах всегда присутствует непрерывное синусоидальное напряжение сети, равное 220В. При импульсной подаче напряжения потребителю и появлении импульсного тока, счётчик электроэнергии проигнорирует импульсы напряжения и учтёт только сетевое напряжение, равное 220В. Теоретики считают, что счётчик электроэнергии правильно учитывает среднюю величину импульсного тока, поэтому средняя величина мощности, реализуемой импульсами, должна рассчитываться по формуле [2]

. (2)

Формула (2) приводится в учебниках и считается непогрешимой при учёте импульсного расхода электроэнергии. Проверим это экспериментально. На рис. 2. генератор электрических импульсов подаёт импульсы напряжения и тока с амплитудами 1000В и - 150А (при скважности импульсов напряжения и тока, равной ) на клеммы трёх последовательно соединённых предплазменных ячеек. Батарея нагревается при этом до Из формулы (2) следует, что величина средней импульсной мощности будет равна произведению напряжения сети на среднюю величину тока, равную . В результате имеем . Но счётчик электроэнергии показывает, что батарея с предплазменными ячейками реализует мощность более 1000Ватт. Явное противоречие. Как найти его причину?

Выход один - заменить электрическую сеть с неисчерпаемым запасом электроэнергии на источник электроэнергии с ограниченным её запасом. Возьмём для этого аккумулятор. В качестве импульсного потребителя электроэнергии используем электромотор-генератор МГ-1, который сам потребляет энергию аккумулятора импульсами (рис. 3). Электромотор-генератор генерирует два электрических импульса в обмотке ротора и два в обмотке статора: импульсы ЭДС индукции и импульсы ЭДС самоиндукции. В результате появляется возможность использовать эти импульсы для различных потребителей, например, - электролизёра и - заряжаемого аккумулятора.

На рис. 3 электромотор-генератор МГ-1 подключён к двум группам мотоциклетных аккумуляторов, которые он разряжает и заряжает по очереди с интервалом 30 мин., который задавался в ручную. В табл. 1 представлены результаты эксперимента, который длился непрерывно 72 часа.

Рис. 3. Мотор-генератор МГ-1, питаемый от аккумуляторов и заряжающий их

Таблица 1. Результаты эксперимента, длившегося непрерывно 72 часа [2]

Таблица 2. Падение напряжения на клеммах аккумуляторов через 72 часа их непрерывной работы в режимах разрядки и зарядки

Из табл. 2 следует, что через 72 часа непрерывной работы, в режиме разрядки и зарядки напряжения на аккумуляторах № 3 и № 7 опустились ниже допустимой величины 11,00В. В результате время между зарядками и разрядками начало сокращаться и эксперимент был остановлен. Тем не менее, полученной информации достаточно для проверки достоверности формулы (2).

Учитывая ёмкость аккумулятора 18Ач. и среднюю величину падения напряжения на клеммах каждого из 8-ми аккумуляторов, равную 0,70В, имеем энергию, расходованную аккумуляторами за 72 часа их работы,

Кинетическая энергия, равномерно вращающегося ротора электромотора-генератора МГ-1, питавшего электролизер, равна механической мощности на его валу. Её величина, определённая по формуле (3), равна 24,49Дж.

(3)

Из этого следует, что ротор, вращающийся равномерно один час, совершает механическую работу, равную . Работа, совершённая вращающимся ротором в течение 72 часов, равна 6347808Дж.

Итак, восемь аккумуляторов отдали за 72 часа работы 362880Дж, а ротор МГ-1 за это же время совершил работу, равную 6347808Дж, то есть в 6347808/362880=17,49 раз больше. Если учесть 43,2 литра водорода и кислорода, произведённые за это время, то превышение энергии на выходе над энергией на входе будет ещё больше. Из этого следует ошибочность формулы (2).

Теперь надо привести теоретическое доказательство ошибочности формулы (2). Вполне естественно, что это доказательство надо базировать на импульсном питания потребителя, подключённого не к общей электрической сети, а к аккумулятору.

Чтобы понять физический процесс формирования показаний приборов, запишем осциллограмму на клеммах аккумулятора и проанализируем процесс формирования средней величины импульсной электрической мощности, реализуемой на клеммах лампочки (рис. 4 и 5) [2].

Рис. 4. Схема для измерения напряжения, тока и мощности, реализуемой аккумулятором на импульсное питание лампочки

Рис. 5. Осциллограмма, снятая с клемм аккумулятора, питавшего лампочку импульсами напряжения и тока

На осциллограмме (рис. 5) явно видны прямоугольные импульсы напряжения и тока длительностью , которая значительно меньше длительности периода [2]. Для определения средней величины импульсной мощности математики разработали графоаналитический метод, основанный на графическом решении уравнения (1). Этому способствовали возможности современных приборов представлять графически закономерности изменения напряжения и тока (рис. 5) [2].

Однако, перевод аналитического метода решения уравнения (1) в графоаналитический требовал основательных знаний по физике и, особенно по электротехнике, которых у математиков не оказалось. Они не задумывались о физической сути процесса генерации средней величины импульсной мощности. В результате физико-математическая ошибка, допущенная математиками и не обнаруженная инженерами-электриками, задержала развитие экономной импульсной энергетики почти на 100лет. Вот суть этой ошибки.

При составлении программы для графоаналитического решения уравнения (1) с целью определения средней величины импульсной мощности , реализуемой первичным источником питания, в данном случае, - аккумулятором, роль ориентира выполняло само математическое уравнение (1), которое предназначено для вычисления средней мощности, генерируемой непрерывно меняющимися функциями напряжения и тока . В формуле (1) перемножаются результаты интегрирования функций напряжения и тока. При графоаналитическом методе решения этого уравнения перемножаются ординаты напряжения и тока. Затем полученные произведения складываются и делятся на общее количество произведений в интервале периода . В результате получается средняя величина электрической мощности , математическая формула, для расчёта которой принимает вид, представленный в конце формулы (4). Он аналогичен формуле (2) [2].

(4)

Электроника, реализующая математические программы, заложенные в современные электронные электроизмерительные приборы, способна измерять в секунду десятки тысяч ординат функций напряжения и тока, перемножать их и выдавать средние значения напряжения, тока и мощности с большой точностью. Проследим, как это делается. Для этого внимательно присмотримся к осциллограмме на рис. 5. Измеряется ордината импульса напряжения и ордината импульса тока . Затем они перемножаются, полученные произведения складываются, и учитывается общее количество полученных произведений в интервале периода . Вот тут и начинается процесс формирования физико-математических ошибок. Когда ординаты напряжения и тока снимаются в интервале длительности их импульсов , то физико-математические законы не нарушаются, так как процесс генерирования напряжения и тока, в интервале длительности импульса, непрерывный. Как только закончился интервал длительности импульса, то ток исчезает из электрической цепи и процесс генерирования мощности, реализуемой аккумулятором, прекращается до следующего импульса.

А теперь обратим внимание на главное (рис. 5). После прекращения действия импульса тока с амплитудой и длительностью , напряжение на клеммах аккумулятора не падает до нуля, а восстанавливается до своего номинального значения (рис. 5, интервал СD) и прекращает своё участие в процессе генерации средней величины импульсной мощности (рис. 5). Вольтметр, подключённый к клеммам аккумулятора, показывает его номинальное напряжение, которое не участвует в формировании средней величины мощности, когда прерывается импульс, то есть в интервале . Это отражено и в формуле (4), которая пытается убедить нас в том, что амплитудное значение напряжения участвует в формировании мощности в интервале всего периода . Программа, продолжает, в интервале отсутствия импульсов , перемножать нулевые значения ординат тока и полные ординаты номинального напряжения на клеммах аккумулятора. В результате количество произведений с нулевыми значениями тока и не нулевыми значениями напряжения входит в общее количество этих произведений за период .

Далее, программа делит сумму произведений амплитудных значений напряжения и тока, полученных в интервале длительности импульса , на общее количество произведений, полученных за весь период . В итоге получается произведение амплитудных значений напряжения и тока, разделённое на скважность импульсов (см. конец формулы 4). Математики-прикладники, не мудрствуя лукаво, сразу дают, по их мнению, очень убедительную интерпретацию полученному результату, объясняя электротехникам достоверность полученного результата