Термоэлектрические ПД, использующие новый

Линейный термоэлектрический эффект.

 

Термоэлектрические явления позволяют создать также ряд других типов циркуляционных ПД. Для этого можно вос­пользоваться, например, нашим новым упомянутым выше ли­нейным эффектом поглощения или выделения теплоты вдоль проводника, на концах которого имеются разности температур и электрических потенциалов. Новый эффект имеет иную физи­ческую природу, чем известный эффект Томсона, и определяет­ся поэтому другими количественными законами [18, с.316; 21, с.309]. В частности, количество тепла Томсона пропор­ционально силе тока в первой степени, а количество тепла в новом линейном эффекте - силе тока в кубе.

Если учесть, что количество джоулева тепла пропорцио­нально силе тока в квадрате, то станет ясно, что при очень больших силах тока вполне осуществим циркуляционный веч­ный двигатель второго рода в виде обычной двухпроводниковой термоэлектрической пары (ПД-18). Для этого надо, чтобы коли­чество тепла, поглощаемого в эффектах новом, Томсона и Пельтье, было равно количеству тепла, выделяемого в тех же эф­фектах, а также в эффекте Джоуля. Такой баланс может иметь место в двух случаях: при нулевой силе тока, что для нас не интересно, а также при силе тока в несколько тысяч ампер (об этом говорится, например, в работе [25, с.8]). При этом кубическая зависимость поглощаемой теплоты от силы тока в новом эффекте будет доминировать над всеми остальными эффектами.

Необходимая для работы термопары разность температур между спаями автоматически поддерживается теплотой Пельтье, выделяемой в одном спае и поглощаемой в другом. Спай, где теплота выделяется, имеет более высокую температу­ру, чем спай, где теплота поглощается. Начальный запуск ПД-18 осуществляется путем предварительного нагрева или охлаждения одного из спаев; с целью запуска можно также подать в цепь нужный начальный импульс тока.

С помощью ПД-18 можно, например, отапливать и охлаж­дать помещение за счет окружающей среды, причем устройство будет включаться само автоматически при достижении тем­пературой окружающего воздуха определенного уровня, обес­печивающего необходимую рабочую разность температур меж­ду спаями (положительную или отрицательную). Зимой теплота под действием этой разности будет поступать из окружающей среды в помещение, а летом - из помещения в окружающую среду. Спаи и проводники самофункционирующего вечного двигателя второго рода ПД-18 должны быть снабжены со­ответствующими ребрами, усиливающими теплообмен с по­мещением и окружающей средой. Если от двигателя часть электроэнергии отбирать, то он немного охладится и в соответ­ствии с изложенными выше принципами начнется 100%-ное преобразование теплоты окружающей среды в электрическую работу [ТРП, стр.468-469].

 

 

Глава ХXIV. Решающие эксперименты ОТ:

«получение КПД устройств, равного единице».

 

 

Термофазовые ПД..

 

Приведу теперь некоторые результаты опытов с конкрет­ными устройствами, изображенными на рис. 30, в и г. Чтобы предотвратить искажающее влияние окружающей среды, ПД помещаются в медную калориметрическую бомбу с толщиной стенок 20 мм, выложенную изнутри легко­весным пенопластом; бомба располагается в термостате с за­данной температурой. Первый же испытанный простейший вечный двигатель второго рода ПД-1 (см. рис. 30, в) дал поло­жительные результаты. В нем в качестве мембраны использо­ван стеклянный фильтр. Диаметр стеклянной трубки на паровом участке циркуляции равен 30 мм, на жидкостном -10 мм, габариты устройства 30х70х160 мм. При испытании воды (Н = 5мм) медь-константановая термопара с диаметром элект­родов 0,3 мм при комнатной температуре дала электродвижу­щую силу, равную нескольким сотым долям микровольта (мкВ); для медь-константановой термопары 1 мкВ = 0,023 К. В ПД-21 (см. рис. 30, г)использованы две стеклянные мембраны диаметром 32 мм и толщиной 2,4 мм, сосуд и крышки изготовлены из тефлона (фторопласта), стакан 3 - из нержа­веющей стали, напор Η = 231 мм, средняя длина парового участка h = 35 мм. Кривая 1 на рис. 30, дпоказывает зависи­мость ЭДС медь-константановой термопары от температуры термостата для воды, пары которой работают против силы тяжести. Штриховая кривая 3 учитывает штатив-эффект, най­денный путем измерения температуры сухого ПД-21. Кривая тоже получена для воды в опытах с ПД-13, в котором стакан подвешен у самого дна устройства, при этом H = h =166 мм, мембраны те же, сосуд изготовлен из оргстекла, его внутренняя поверхность покрыта парафином для избежания конден­сации влаги на стенках. ЭДС увеличивается в несколько раз, если воду заменить спиртом, ацетоном или эфиром. Например, ПД-13 из стекла при Т = 28 К и Н = 231 мм дает ЭДС для воды 0,26, для спирта 1,03 и для эфира 2,56 мкВ. В статье [23] изо­бражена схема и описаны результаты испытания еще одного фазового двигателя (ПД-3) с двумя горизонтально располо­женными друг против друга мембранами с разной степенью смачиваемости.

Необходимо подчеркнуть, что успешная очень длительная работа испарительного ПД возможна только в том случае, если созданы условия для предотвращения конденсации пара на внутренней поверхности устройства вне плоского мениска жидкости. Сконденсировавшиеся на стенках капельки жидкости малого радиуса вступают в конкуренцию с менисками капил­ляров, ибо над капельками тоже повышается давление насы­щенного пара, в результате интересующая нас циркуляция постепенно затухает, пересиливается капельками. Однако этот вопрос особого значения не имеет, так как не может отразить­ся на принципиальной стороне обсуждаемой проблемы.

Как видим, опыты с реальными испарительными вечными двигателями второго рода в точности подтверждают все выска­занные выше теоретические прогнозы ОТ: об ошибочности теории фазовых превращений Томсона-Кельвина, о нарушениях второго закона термодинамики Клаузиуса и т.д. [ТРП, стр.470-471].

 

 

Термоэлектрические ПД.

 

Перейдем теперь к описанию экспериментов с различными реальными термоэлектрическими вечными двигателями второ­го рода. Термоэлектрический циркуляционный вечный двига­тель второго рода ПД-14 выглядит значительно проще испари­тельного, ибо для его осуществления достаточно лишь соеди­нить в цепь три или более разнородных проводника и измерить возникающую ЭДС. Однако исключительной простоте двигате­ля сопутствуют известные трудности, связанные с достаточно точными измерениями этой ЭДС. Суть проблемы заключается в том, что в настоящее время эфир перенасыщен электромаг­нитными излучениями, при этом провода, соединяющие ПД с измерительным прибором, например потенциометром типа Р-348 с ценой деления 10^-8 В или зеркальным гальванометром соответствующей чувствительности, играют роль антенны, а поверхность контакта проводников - роль детектора. В итоге цепь превращается в импровизированный детекторный радио­приемник, в ней наводится паразитный ток, фиксируемый при­бором. Будем называть этот паразитный штатив-эффект детек­торным, он может существенно исказить результаты экспери­ментов.

Со всеми помехами можно успешно бороться лишь путем полной и совершенной изоляции ПД и всей измерительной аппаратуры от окружающей среды, в частности с помощью заземленной герметичной металлической камеры или даже целой комнаты. Но и комната не гарантирует полной изоляции, например, от таких полей, как хрональное; в последнем случае можно применить полиэтиленовую защиту. В наших опытах все соединительные провода, клеммы и приборы экранированы и заземлены, двигатель помещен в заземленную калориметри­ческую бомбу с толщиной стенок 20 мм, внутренним диаметром 70-90 мм и высотой 70-210 мм, бомба изготовлена из меди или стали, во втором случае исключается влияние магнитного поля, испытаны также экранирующие герметичные алюми­ниевые боксы и т.д. Этого, конечно, недостаточно для идеаль­ной изоляции устройства, но полученные результаты позволяют сделать все необходимые качественные и количественные выво­ды. Это становится возможным благодаря применению целого комплекса различных ПД, при этом удается даже получить представление о величине посторонних наводок.

Проведены тысячи опытов, в них изучены самые различные материалы во всевозможных условиях, состояниях и сочета­ниях - металлы, полупроводники и диэлектрики. Металлы использованы в виде кристаллов, пластин, фольги разной толщины, проволоки, напыленных в вакууме слоев и порошка, спеченного и свободно насыпанного; полупроводники - в виде кристаллов, пластин, выращенных слоев, порошка и тех много­численных модификаций, которые предусмотрены технологией электронной промышленности; диэлектрики - в виде конден­саторов. Условия всех опытов изотермические, температура комнатная или повышенная с помощью термостата, давление атмосферное или пониженное до значений (2-5)·10^-5 мм рт. ст. Во всех случаях обнаружен предсказанный ОТ эффект возникновения нескомпенсированной ЭДС, которая вызывает незатухающую круговую циркуляцию электрического заряда и тем самым нарушает закон Вольта и второй закон термо­динамики Клаузиуса. Результаты многих опытов кратко опи­саны в работе [10], но, к сожалению, в этих опытах не всегда удавалось должным образом избавиться от детекторного эф­фекта.

Здесь я ограничусь обсуждением лишь экспериментов с тщательно изолированными двигателями ПД-14, специально спланированными для подтверждения основных теоретических выводов гл. XXIII. Испытанные двигатели состоят из трех и более металлов, образцам которых придана форма пластин толщиной около 3 мм, контакт между ними осуществляется с помощью особых зажимов, площадь контакта составляет 1-3 см². Для возможности сравнения различных материалов в качестве двух неизменных проводников цепи использованы медь и алюминий, служащие эталонами. Пластины соединены между собой последовательно в соответствии со схемой

– Cu – X – Al – Cu –

где X - испытуемая или испытуемые пластины.

Из схемы видно, что медный проводник разорван, в разрыв включен измерительный прибор, который как бы играет роль звена 2,заключенного между звеньями 1 (рис. 38, в).Правая медная пластина, контактирующая с алюминием, присоединена к положительной клемме прибора, левая, контактирующая с испытуемым материалом, - к отрицательной. Температура испытаний комнатная, условия изотермические, давление пони­жено до значений (2-5)·10^-5 мм рт. ст. Если используется атмосферное давление, то соответствующая ЭДС отмечается индексом «а» внизу. Помимо эталонных меди и алюминия в опытах фигурируют также теллур, висмут и никель.

В табл. 1-3 приведены значения нескомпенсированной ЭДС j для цепи, составленной из двух и трех металлов, причем данные табл. 2 относятся к атмосферным условиям.

 

Таблица 1.

№	Схема соединения пластин	ЭДС j2, мкВ
	Cu – Al – Cu
	Cu – Ni – Cu
	Cu – Bi – Cu
	Cu – Te – Cu	- 0,70

 

Из табл. 1 видно, что два металла дают либо нулевую, либо сравнительно небольшую ЭДС. Наличие этой ЭДС при двух металлах противоречит теории и объясняется действием пара­зитного детекторного эффекта. Сопоставление данных табл. 1 и 3 говорит о том, что указанный штатив-эффект сравнительно невелик. Вместе с тем надо полагать, он в большей или меньшей степени присутствует во всех экспериментах.

 

Таблица 2.

№	Схема соединения пластин	ЭДС j3а, мкВ
	Cu – Ni – Al – Cu
	Cu – Bi – Al – Cu
	Cu – Te – Al – Cu	- 0,60

 

Обращает на себя внимание сильное влияние на величину ЭДС адсорбированных поверхностями металла газов. Эти газы образуют и сильно изменяют термодинамические свойства тех самых тончайших слоев х,в которых разыгрывается инте­ресующая нас картина. В результате газы начинают играть роль проводников 1 на рис. 38, в,и вследствие этого основной металл 2 из рассмотрения выпадает. Это хорошо видно из сравнения табл. 2 и 3, где ЭДС на воздухе существенно ниже, чем в вакууме.

 

Таблица 3.

№	Схема соединения пластин	ЭДС j3, мкВ
	Cu – Ni – Al – Cu	+ 0,03
	Cu – Bi – Al – Cu	+ 0,16
	Cu – Te – Al – Cu	- 4,15

 

После нескольких часов вакуумирования адсор­бированные газы удаляются, срабатывает основной металл, ЭДС резко возрастает. Поэтому, чтобы избежать влияния газов, в опытах вакуумирование длится не менее двух суток. Согласно теории, симметричное соединение должно исклю­чить из игры те проводники, которые соприкасаются с одно­именными материалами. Это косвенно подтверждается характе­ром влияния адсорбированных газов (табл. 2). Более сложные случаи симметричного соединения проводников представлены в табл. 4. Здесь позиции 1 и 2 соответствуют схеме в на рис. 38,

 

 

Таблица 4.

№	Схема соединения пластин	ЭДС, мкВ
	Cu – Bi – Te – Bi – Al – Cu	j4 = - 3,97
	Cu – Ni – Te – Ni - Al – Cu	j4 = - 2,17
	Cu – Ni – Bi – Te – Bi – Ni – Al – Cu	j5 = - 2,99
	Cu – Ni – Bi – Te – Ni – Al – Bi – Cu	j5 = + 1,71

 

а позиция 3 - схеме гна том же рисунке. В первых двух позициях из рассмотрения должен выпасть теллур, а в треть­ей - теллур и висмут. Но опыт не показывает ожидаемого полного выпадения указанных металлов и превращения четы­рех- и пятизвенной цепей в трехзвенную. Согласно опытным данным, ЭДС цепи, как и положено, несколько снижается по сравнению с ЭДС теллура, но не достигает тех значений, которые в табл. 3 соответствуют трехзвенной цепи для висмута и никеля. Наблюдаемое недостаточно точное следование теории тоже можно объяснить влиянием внешних помех. В этом смысле теллур обладает ярко выраженными детекторными свойствами.

Пять металлов, присутствующих в позиции 3 табл. 4, можно соединить по схеме рис. 38, д.В этом случае все они вносят свой посильный вклад в ЭДС (табл. 4, позиция 4). Отсюда видно, какое большое влияние на ЭДС оказывает конкретное сочетание и чередование проводников в цепи. Аналогичная картина наблюдается при перестановке любых двух металлов; например, соответствующие данные для четырехзвенной цепи приведены в табл. 5.

 

Таблица 5.

№	Схема соединения пластин	ЭДС j4, мкВ
	Cu – Bi – Te – Al - Cu	- 2,10
	Cu – Te – Bi - Al – Cu	- 0,65

 

Особый интерес представляют цепи, в которых последова­тельно, соединяются между собой целые блоки проводников (назовем их элементами) типа тех, которые приведены в табл. 3. Например, цепи табл. 6 содержат по два таких элемента. Из таблицы видно, что последовательное соединение двух

 

Таблица 6.

№	Схема соединения пластин	ЭДС j3х2, мкВ
	Cu – Ni – Al – Cu – Ni – Al – Cu	+ 0,01
	Cu – Bi – Al – Cu – Bi – Al – Cu	+ 0,10
	Cu – Te – Al – Cu – Te – Al – Cu	- 1,90

 

одинаковых элементов не приводит к двухкратному увеличению ЭДС цепи. Наоборот, фактическая суммарная ЭДС цепи оказы­вается почти вдвое ниже, чем ЭДС каждого из элементов, входящих в цепь. Это объясняется тем, что контактная ЭДС зависит не только от температуры, но и от потенциала (заряда) (см. уравнение (336)). В результате соседние элементы гасят ЭДС друг друга. Таким образом, нельзя воспользоваться соблазнительной идеей без особых мудростей соединить между собой последовательно и параллельно большое множество - тысячи и миллионы - однотипных элементов и получить таким образом мощный термоэлектрический вечный двигатель второ­го рода, способный бесплатно питать различные полезные и бесполезные устройства.

Вместе с тем последовательное соединение двух разнород­ных элементов может иногда даже дать ЭДС, существенно превышающую сумму ЭДС отдельных элементов, входящих в цепь (табл. 7, позиция 1).

Параллельное соединение одинаковых элементов практи­чески не влияет на ЭДС цепи. Результат одного из примеров параллельного соединения разнородных элементов показан в табл. 7, позиция 2.

 

Таблица 7.

№	Схема соединения пластин	ЭДС j3+3, мкВ
	Cu – Bi – Al – Cu – Te – Al – Cu	- 10,34
	Cu – () – Al – Cu	+ 0,04

 

Из приведенных таблиц видно, что нескомпенсированная ЭДС, а следовательно, и развиваемая вечным двигателем второго рода ПД-14 мощность крайне малы, но они представля­ют собой вполне реальные величины, которые легко могут быть обнаружены с помощью несложной измерительной техни­ки. При этом практически - с учетом наводок - подтвержда­ются все высказанные ранее теоретические прогнозы, касаю­щиеся особенностей физического механизма работы двигателя, а также выясняются некоторые дополнительные тонкости об­суждаемого процесса.

Среди них надо прежде всего отметить исключительную чувствительность ПД-14 к электрической степени свободы, вследствие чего перестают работать законы Ома и Кирхгофа. Как известно, обычные полупроводники тоже не в ладах с этими законами. Менее чувствительны двигатели ПД-14 к вермической степени свободы (температуре). Слабо действует на них магнитное поле. ЭДС двигателя чувствительна также к хими­ческому составу и структуре металла, к размерам пластин и условиям их контактирования, в том числе к силе прижатия, к эффекту Зеебека, вызванному появлением разности темпера­тур между спаями из-за действия, например, эффекта Пельтье, и т.д.

Что касается термоэлектрических ПД, использующих новый линейных эффект (см. параграф 7 гл. XXIII), то я не смог осуществить их в своих скромных домашних условиях. Однако я предоставил необходимые сведения некоторым исследовате­лям, располагающим соответствующими возможностями, в частности Ю.В. Романову из Харькова и А.Б. Журкину из Москвы. По сообщению Ю.В. Романова, он изготовил мощную двухпроводниковую термопару ПД-18. В первых его опытах избыток электроэнергии, полученной за счет подпитки теплотой со стороны окружающей среды, составил около 28%. Ведется работа по раскачке термопары до уровня полного самофункционирования. От А.Б. Журкина я известий не имею [ТРП, стр.471-477].