О вечных двигателях второго рода

     При написании статьи использовались, главным образом,  материалы монографии В.Н. Игнатовича  [1].

1. Сокращения, обозначения, термины
Термины со значком «*» предлагаются автором в порядке обсуждения.
ВДВР – вечный двигатель второго рода.
МТД – монотемпературный двигатель.
ПД– перспективный двигатель. Так А. И. Вейник называет ВД2Р.
• вечный двигатель второго рода  – источник энергии, работающий за счёт тепла равновесной окружающей среды* [1, с.116]. 

2. Два мнения о возможности создания монотемпературных двигателей
По мнению подавляющего большинства физиков ВД2Р создать невозможно.  Бродянский В.М. [2]: «Эта машина – классический пример попыток создать двигатель, работающий за счёт энергии равновесной окружающей среды. Эта энергия действительно необъятна, но... она абсолютно неработоспособна». Авторы «Курса физики» [3]:  «Обобщение огромного экспериментального материала привело к выводу о невозможности построения вечного двигателя второго рода».
Невозможность монотермического теплового двигателя есть следствие принципа Карно, согласно которому для превращения теплоты в работу необходим не только источник теплоты, но и холодильник. Различают [1] два типа монотермических двигателя – работающие в изотермической среде и двигатели, поглощающие теплоту из равновесной атмосферы.

3. Циолковский о монотермических двигателях

По-видимому, первым с обоснованием возможности создания ВД2Р выступил К. Э. Циолковский. В брошюре «Второе начало термодинамики» [4] он писал:
«…Согласно усердным последователям Клаузиуса и Томсона, теплота тел стремится к уравнению, к одной определённой средней температуре;  иными словами энтропия вселенной непрерывно растёт. Настанет время, когда солнце потухнет, мир замрёт, живое уничтожится. Но этого не будет, если постулат Калузиуса не признавать началом или законом. Мир существует давно, даже трудно предположить, что он когда-нибудь не существовал. А если он уже существует бесконечное время, то давно должно наступить уравнение температур, угасание Солнц и всеобщая смерть. А раз этого нет, то и закона нет, а есть только явление, часто повторяющееся. Также невозможно, оказывается, отрицать и perpetuum mobile второго рода, ибо сам мир не отрицает его. Вот как важен спор о втором начале термодинамики!».
Циолковский высказал идею, что в газе, жидкости, твёрдом теле под действием тяготения возникает вертикальный градиент температуры и что это явление можно использовать в практических целях как источник энергии.

4. Работа П.К. Ощепкова по созданию  МТД
 
Независимо от К. Э. Циолковского, проблему создания ВД2Р поставил в начале 50-х гг. ХХ века выдающийся советский инженер П. К. Ощепков. Знаменательно, что уверенность в возможности создания такого двигателя ему придало чтение работ Ф. Энгельса. Приведу одну цитату из его «Диалектики природы»: «Мы приходим, таким образом, к выводу, что излученная в мировое пространство теплота должна иметь возможность каким-то путем… превратиться 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 отживших солнц в раскалённую туманность»
В 1954 г. Президиум АН СССР принял постановление, которым Ощепкову поручалось подготовить материалы и провести эксперименты по вопросам концентрации энергии. Эти работы поддержал вице-президент АН СССР академик И. П. Бардин. Лаборатория П. К. Ощепкова была переведена в систему АН СССР и до конца дней И. П. Бардина (он умер в 1960 г.) Ощепков работал под его общим руководством. К сожалению, ни Ощепкову, ни сотрудникам его лаборатории, ни сотрудникам организованного им в 1967 г. Общественного института энергетической инверсии не удалось создать работающий образец ВД2Р.  Они мало внимания уделили теории и, в частности, не осознали, насколько существенно изменилось содержание 2НТ в ХХ веке.
20 ноября 1959 г. Президиум АН СССР осудил «покушения» на 2НТ [«Правда», 5], а 22 ноября в этой же газете против П. К. Ощепкова выступили три академика АН СССР – Л. А. Арцимович, И. Е. Тамм, П. Л. Капица [6] .
Спустя 27 лет Ощепков опубликовал в журнале «Коммунист» [7]  статью «Одна из революционных идей в области научнотехнического прогресса». И опять академики (опять втроём) выступили против него – Е. Велихов, А. Прохоров, Р. Сагдеев [8]. Судя по всему, «светила науки» не удосужились прочитать очень важную работу Т. А. Афанасьевой-Эренфест по 2НТ [9], как и книгу А.А. Гухмана [10]. Последний так оценил идею Ощепкова: «… в очень острой и конкретной форме поставлен большой, чрезвычайно сложный вопрос. Нет никаких общих принципиальных оснований отклонять его. В конечном счёте вопрос сводится к опытам и к конкретным результатам экспериментальных исследований».
- Не-ет, Господа! Что ни говори, а шутка российских физиков «Спасите науку от Академии наук» родилась не на пустом месте.

5. Т. А. Афанасьева-Эренфест по 2НТ

В статье [9] Афанасьевой-Эренфест показано, что для выполнения постулата «Во всяком квазистатическом круговом процессе невозможно превращение тепла в работу без того, чтобы некоторое соответствующее количество тепла не перешло от тела более нагретого к телу менее нагретому»  должны выполняться четыре аксиомы, в частности, аксиома тепловой связи. То же самое излагается и в «Курсе термостатики» Ван-дер-Ваальса и Констамма [11].
Учитывая результаты Т. А. Афанасьевой-Эренфест, можно сразу сказать, что не будет ВД2Р двигатель, состоящий из двух сопряжённых машин Карно и использующий в качестве рабочего тела вещество или смесь веществ, для которых справедливо уравнение определения энтропии.

6. Некоторые идеи по созданию ВД2Р

• Действующий макет полупроводникового монотемпературного преобразователя «теплота окружающей среды – источник электроэнергии»  создан – его автор Виноградов Ю.М.
Японцы же разработали  действующую микроминиатюрную установку МТД. Два связанных шарика полистирола диаметром 0,3 микрометра каждый, один из которых находится  на поверхности стекла, а второй может вращаться вокруг первого. Установка заполнена жидкостью. Её молекулы хаотично подталкивают шарики, с равной вероятностью как по часовой, так и против часовой стрелки. При добавлении слабого электрического поля ротор начинает вращаться в определённом направлении. «Двигатель» извлекает энергию из равновесной окружающей среды и преобразует её в работу.
• Использование градиента температур в вертикальном столбе газа
Под влиянием гравитационного поля в вертикальном столбе газа сам собой возникает вертикальный градиент температуры, величина которого зависит от молекулярной массы газа. Об этом можно прочитать в работах И. Лошмидта [12], К. Э. Циолковского [4], И. И. Гвая [13, 14].    
     Поставив рядом две заполненные различными газами трубы, стенки и верхние торцы которых термоизолированы, а нижние могут обмениваться теплотой с атмосферой, можно получить разность температур верхних торцов. Преобразовать её в электроэнергию можно без проблем, например,  с помощью термопар.
Такой ВД2Р (но не монотермический двигатель) действует в согласии с 2НТ, но вопреки нулевому началу термодинамики.
Однако зависимость вертикального градиента температуры от молекулярной массы газа не только в высшей степени вероятна, но даже необходима с точки зрения диалектики. Ведь другие равновесия (диффузионное, химическое, электрическое и т. д.) существуют при равных значениях соответствующих потенциалов  и только «при прочих равных». Любое из этих равновесий может иметь место и при различных значениях соответствующих потенциалов, если контактируют тела различного состава. И понятно почему. Ведь, например, при установлении электрического равновесия происходит не выравнивание уровней «электрической жидкости», а обмен электронами или ионами, которые обладают не только электрическим зарядом, но и химическими и другими свойствами. Если химические свойства контактирующих сред одинаковы, равновесие устанавливается при равных электрических потенциалах, если различные – под влиянием электрического и химического потенциалов. Соответственно, электрическое равновесие может быть тогда, когда среды имеют различные электрические потенциалы, диффузионное равновесие может быть при различных концентрациях растворенного вещества и т. д.
Разумеется, поскольку тепловое равновесие – это не равновесие теплорода в телах, наступающее при равных его уровнях, то можно ожидать, что и условие теплового равновесия тоже не такое простое и безусловное, как постулируется нулевым законом термодинамики. Нельзя заранее исключать того, что в условиях теплового равновесия существует скачок температуры на границе двух тел различного состава, а также вертикальный градиент температуры в столбе газа, зависящий от молекулярной массы газа.
Если тепловое равновесие в вертикальном столбе газа существует только при определённом значении градиента температуры, то при меньшем значении этого градиента возникнет тепловой поток, направленный в сторону более высокой температуры. Этот вывод в статье [15] представлен как абсурдный. Но он выглядит абсурдным только в глазах тех, кто считает нулевое начало термодинамики абсолютным законом, для чего, однако, нет оснований.
• Использование центробежной силы. Разумеется, если градиент температуры в газе возникает под влиянием гравитационного поля, то он должен возникнуть и под влиянием центробежной силы. А поскольку центробежное ускорение в вихревом потоке может превышать ускорение свободного падения на 5-6 порядков, то возможно создать вечный двигатель второго рода, используя вихревую турбину [16, 17].
• ВД2Р можно создать, используя неголомные  системы, для которых не выполняется принцип существования энтропии (у них величина ;Q/T не является полным дифференциалом [18, 19, 20]). Такой вывод критикуется в статье [21], в которой, отсутствует понимание того, что сегодня 2НТ трактуется не так, как в XIX веке.
• Интересный вариант немонотермического ВД2Р предложил В. В. Кушин [22]. Смерч
– это «гигантская гравитационно-тепловая машина огромной мощности, в которой мощные воздушные потоки создаются и поддерживаются за счёт теплоты, которая выделяется водой из любого естественного водоёма, когда она попадает в верхние слои тропосферы». Образно говоря, гравитационно-тепловая энергетическая установка с использованием искусственного смерча представляет собой «газовую горелку» высотой 12-15 км, в которой сгорает не газ или нефть, а обычная вода из естественного водоёма. Она превращается в лёд, отдавая воздушным потокам всю свою теплоту, включая теплоту фазового перехода вода – лёд. Турбогенераторы такой установки могут размещаться как в восходящем, так и в нисходящем потоках смерча. Все выделенное тепло (за исключением того, что преобразовывается в электроэнергию – В.И.) отдаётся верхним слоям тропосферы, а вниз падает «шлак» –  замёрзшая вода. Для получения 1 ГВт необходимо ежесекундно подавать в смерч 15-20 т воды. Трудно представить, как создать и запустить такую установку,  однако трудностей в этом не больше, чем при создании термоядерного реактора.
• Детальный анализ условий, необходимых для создания ВД2Р, даётся в книгах А. И. Вейника [23, 24 ]. Там же сообщается об опытах, подтверждающих принципиальную возможность создания такого двигателя: «Подробный анализ проблемы показывает, что для осуществления ПД необходимо соблюсти два важнейших условия. Первое заключается в том, чтобы обратиться к тем явлениям природы, которые при данной температуре (при температуре одного источника) сопровождаются самопроизвольным возникновением различного рода неоднородностей и образованием соответствующих разностей интенсиалов  – температур, электрических потенциалов, давлений, химических потенциалов, хроналов и т.д. К таким явлениям относятся, например, испарение жидкости, термоэлектричество, осмос, диффузия, химические превращения… В частности, при испарении жидкость автоматически охлаждается ниже температуры окружающей среды, а при конденсации – нагревается, появляется необходимая разность температур. Термоэлектрические явления характеризуются тем, что при данной температуре между различными телами возникает некоторая разность электрических потенциалов. В явлениях осмоса образуется разность давлений…
Однако соблюдение первого требования необходимо, но его далеко не достаточно для осуществления обсуждаемого устройства. Второе важнейшее требование состоит в том, чтобы создать условия, при которых вещество, сопряжённое с возникшей разностью интенсиалов, самопроизвольно и непрерывно подавалось бы на эту разность. Необходимо умудриться сконструировать замкнутый циркуляционный контур для сопряженного  вещества, в контуре должен происходить круговой процесс изменения состояния этого вещества.
Второе требование выполнить неизмеримо труднее, чем первое, но в нем-то и заключается вся соль проблемы. Поэтому запрет, наложенный Клаузиусом на подобную непрерывную циркуляцию, долгое время казался вполне естественным и правильным: согласно Клаузиусу, необратимость реальных процессов должна неизбежно привести к деградации энергии циркулирующего вещества и к прекращению самой циркуляции.
С целью удовлетворения второму требованию возможно вместо простой замкнутой циркуляции вещества осуществить какой-либо другой, более сложный круговой процесс, или цикл, например, типа того, что происходит в паровой машине, холодильнике и т. д. Главное заключается в том, чтобы система периодически возвращалась в исходное состояние (или находилась в стационарном состоянии – В. И.) и благодаря этому устройство было бы способно работать неограниченно долго. Должен сказать, что круговая циркуляция вещества обычно обладает малой интенсивностью, так как самопроизвольно возникающие разности интенсиалов весьма невелики. Это – одна из причин, почему ранее её обнаружить не удавалось…
Весьма существенно, что каждая такая самофункционирующая система нарушает, помимо закона Клаузиуса, ещё какой-нибудь известный закон либо опирается на некий новый закон, неизвестный ранее. Например, термофазовый ПД нарушает уравнение Томсона-Кельвина, один из термоэлектрических ПД нарушает закон Вольта, а другой имеет в своей основе новый закон».
     Термофазовый ВД2Р в простейшем варианте представляет собой кольцевую трубку (плос-кость кольца расположена вертикально), наполовину заполненную жидкостью, одна поверхность которой открытая, а другая смачивает стеклянный фильтр [23, с.451; 24]. Термоэлектрический ВД2Р –  замкнутая цепь из нескольких металлов [23, с.465-478; 24]. В обоих случаях в термостате при температуре около 20оС зафиксирована ЭДС порядка микровольт.
• В своё время Н. А. Козырев сообщил, будто ему удавалось с помощью обыкновенного резистора фиксировать какое-то воздействие, передающееся от звезды быстрее света. И сорок лет после этого различные специалисты держали это за нелепость, но когда опыт повторили, результат оказался положительным [25].
Почему бы не повторить опыты, описанные А. И. Вейником,  Е. И. Опариным и другими? Особых затрат они не требуют, а практическую пользу могут принести – в отличие от опытов по поиску гравитационных волн, магнитных монополей или нейтрино.

Источники информации
1. Игнатович В. Н. Введение в диалектико-материалистическое естествознание.
   – Киев: ЭКМО, 2007. – 468 с.
2. Бродянский В. М. Вечный двигатель – прежде и теперь. От утопии к науке, от науки – к утопии. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 256 с.
3. Детлаф А. А., Яворский Б. М., Милковская Л. Б. Курс физики. Изд. 4-е. – М.: Высш. школа, 1973. – 384 с.
4. Циолковский К. Э. Второе начало термодинамики. Журнал русской физической мысли. – №1. – Реутов: Общественная польза, 1991. – С.22-39.
5. Против нездоровых сенсаций. Правда. – 1959. – 22 ноября.
6. Арцимович Л., Капица П., Тамм И. О легкомысленной погоне за научными сенсациями. Правда. – 1959. – 22 нояб.
7. Ощепков П. К. Одна из революционных идей в области научно-технического прогресса. Коммунист. – 1986. – №2. – С. 71–73.
8. Велихов Е., Прохоров А., Сагдеев Р. Чудо не состоялось. Правда. – 1987. – 22 июня.
9. Афанасьева-Эренфест Т. А. Необратимость, односторонность и второе начало термодинамики. Журнал прикладной физики. – 1928. – Т. V, Вып. 3-4. – С. 3-28.
10. Гухман А. А. Об основаниях термодинамики. – Алма-Ата: Изд-во АН Каз. ССР, 1947.– 106 с.
11. Ван-дер-Ваальс И. Д., Констамм Ф. Курс термостатики. Ч. 1. – М.: ОНТИ, 1936. – 452 с.
12. Лошмидт И. О состоянии теплового равновесия в системе частиц с учётом силы тяжести.// Больцман Л. Избранные труды.– М.: Наука, 1984.– С. 426-429.
13. Гвай И. И. К. Э. Циолковский о круговороте энергии. – М.: Изд-во Академии наук СССР,1957.– 80 с. 
14. Гвай И. И. К. Э. Об одной малоизвестной гипотезе Циолковского. Калуга. Кн. изд-во,1959.– 298 с.
15. Шпильрайн Э. Э., Семенов А. М. Параэнергетика или как не надо искать энергию. Энергия: экономика, техника, экология. – 1984. – №4. – С. 38-47.
16. Скорняков Г. В. Новый принцип преобразования тепла в работу. Письма в «Журнал технической физики». – 1989. – Т. 15, вып. 22. – 12-14.
17. Скорняков Г. В. Самоорганизация и преобразование тепла в работу. Журнал технической физики. – 1995. – Т. 65, вып. 1. – С. 35-45.
18. Зильберглейт А. С., Скорняков Г. В. Преобразование тепла в работу с помощью
потенциальных систем. Журнал технической физики. – 1992. – Т. 62, вып. 2. – С. 190-195.
19. Скорняков Г. В. Преобразование тепла в работу с помощью термически неоднородных систем. Письма в «Журнал технической физики». – 1995. – Т. 21, вып. 23. – С. 1-5.
20. Скорняков Г. В. О неинтегрируемых термодинамических системах. Журнал технической физики. – 1996. – Т. 66, вып. 1. – С. 3-14.
21. Цирлин А. М. Второй закон термодинамики и предельные возможности тепловых машин. Журнал технической физики. – 1999. – Т. 69, №1. – С. 140-142.
22. Кушин В. В. Смерч. Природа. – 1988. – №7. – С. 14-23.
23. Вейник  А. И. Термодинамика реальных процессов. – Минск: Навука i тэхнiка, 1991. – 576 с. http://veinik. ru//lib//books//1//4. html.
24. Вейник А. И. Книга скорби. http://veinik. ru//lib//books//1//5. html.
25. Лаврентьев М. М, Еганова И. А., Луцет М. К., Фоминых С. Ф. О дистанционном
воздействии звёд на резистор.  Доклады АН СССР. – 1990. – Т. 314,  №2. – С. 352-355.
                Опубликовано 27.03.2016