Доклад на международной научной конференции «Новые идеи в естествознании»

Санкт-Петербург, 17-22 июня 1996 года.

http://rusphs.ru/articles/01.php
Милостивые господа! Сегодняшний доклад под названием «Крах второго начала термодинамики» должен был читать действительный член Русского Физического Общества Геннадий Никитич Буйнов. Но после тяжёлой продолжительной болезни он 6 марта этого года ушёл из жизни. Поэтому я, как руководитель Русского Физического Общества, взял на себя ответственность сделать этот доклад за своего коллегу, товарища и друга. Коротко о Буйнове. Геннадий Никитич последние 6 лет своей жизни интенсивно и успешно исследовал научную и техническую сторону уникальных генераторов - автономных монотермических концентраторов тепловой энергии окружающей среды, на основе бинарных систем, обратимых химических реакций, теплоэлектролизных инверсоров. В журналах ЖРФМ и «Русская Мысль» издательства «Общественная польза» нашего Общества опубликован целый ряд пионерских работ Буйнова, как впрочем - и других авторов, по данному вопросу. За успехи в разработке научной и технической стороны вопроса, за классификацию всех видов обратимых химических реакций, способных реализовывать автономные монотермические концентраторы тепла окружающей среды – ему была присуждена в 1992 году почетная Премия Русского Физического Общества. Последние 3 года Буйнов работал ведущим специалистом Отдела промышленных энергоустановок Русского Физического Общества и в кругу его внимания находились разнообразные концентраторы энергии окружающей среды, являющиеся реальной альтернативой всех видов топливной энергетики, включая атомную энергетику.

Мой доклад будет носить характер обзорного по заявленной теме. И это оправдано, так как многoe, о чём сейчас будет идти речь - уже опубликовано Русским Физическим Обществом за 5 лет его существования. Всех интересующихся подробностями - отсылаю к нашим журналам. В государственных библиотеках они имеются в полном комплекте.

Итак, ареной действия всех природных (т.е. “физических”) процессов, включая процессы диссипации и концентрации энергии, - является мировое пространство. Поэтому будет логично начать разговор о крахе второго начала термодинамики - с «Начал» Эвклида.

То, что нам известно о «Началах» Эвклида - всего лишь тень подлинника. Многие переводчики и толкователи исказили Эвклида до неузнаваемости. Единственно строгий и честный перевод с греческого был сделан в Санкт-Петербурге, в 1819 году известным просветителем и педагогом Петрушевским, - отцом Фёдора Фомича Петрушевского, профессора Санкт-Петербургского университета и первого президента Физического отделения Русского Физико-Химического Общества. Но этот перевод утонул вскоре в море фальсификаций. По Эвклиду цитирую – «Точка есть то, что не имеет частей». То есть «атом» древних греков, меньшее из неделимых сущностей. Цитирую дальше: «Линия есть длина без ширины; концы же линии суть точки. Поверхность есть то, что только длину и ширину имеет; концы же или края поверхности суть линии». Таким образом, точка - в натурфилософском смысле определялась Эвклидом как наименьшая из возможных сущностей, т.е. как атом. А линия - плотная цепочка из точек-атомов. Поверхность же имеет две стороны; «наружную» и «изнаночную». Прошло 100 лет и великий русский мыслитель Павел Александрович Флоренский в начале уже нашего века заново, вслед за Петрушевским, переоткрывает «Начала» Эвклида. В наше время в Москве переиздана по этой теме капитальная работа Флоренского «Мнимости в геометрии», 1922 года. Если пользоваться трудами армии толмачей Эвклида, - точка оказывается нульмерным объектом, метрический парадокс Зенона - неразрешимым, борьба между теорией дальнодействия и близкодействия окрашивается в кровавые тона, а натуральный числовой ряд «1,2,3 и т.д.» имеет аромат дурной бесконечности. Если же пользоваться изначальными «Началами» Эвклида, переоткрытыми Флоренским, - точка - это меньшая из неделимых сущностей, Т.е. актyально-бесконечно-малая, - элементарная частица. Далее, оказывается - протяжённый континуум можно построить лишь тогда, когда мы поймём наконец, что точка в математике играет двойную роль, символизируя в своих предельных значениях «полноту» и «пустоту» (пробел), - единицу и нуль. Далее: решается парадокс Зенона, дифференциалы Лейбница оказываются родными братьями его же монад, а натуральный числовой ряд становится «символом вечности».

Физико-математические исследования Флоренского обрели физическое и техническое приложение. В 1924 году вышла в свет его монография «Диэлектрики и их техническое применение». В этой книге Флоренский показывает, что возможны нетрадиционные, ранее не мыслимыe способы получения - концентрации - энергии при определенном сочетании вещественной и пространственной среды, которую впоследствии перекрестили в «физический вакуум». По Флоренскому, источником такой концентрированной энергии могут служить процессы обратимой поляризации диэлектриков или процессы перемагничивания магнетиков, а теоретическим представлением - обратные петли гистерезиса, являющиеся зеркальным отображением обычных петель. Флоренский показал, что если площадь обычной петли пропорциональна теряемой за один цикл периодического процесса энергии (затрата работы на деполяризацию или перемагничивание), то площадь зеркальной петли служит показателем не отбора энергии от исходного энергетического источника, а привнесения её в этот источник. Такой процесс теоретически оправдывается новым - хорошо забытым старым - представлением пространства-времени, согласно которому у пространственно-временного многообразия есть своя «изнанка», «обратная сторона», преобразующая рассеиваемую в наблюдаемых физических процессах энергию - в низкоэнтропийные, ценные виды энергии. Преждевременная насильственнaя смерть Флоренского не позволила ему реализовать свой энергетический замысел на практике.

Эстафету трагически оборвавшихся исследований Флоренского в наше время подхватил действительный член Русского Физического Общества, к.т.н. - Заев Николай Емельянович. За последние 25 лет им воссоздана, развита и опробована на практике идея Флоренского о концентраторах тепловой энергии на основе конденсированных нелинейных диэлектриков и магнетиков - КЭССОРах, за что в 1993 году Заев был удостоен звания лауреата Премии Русского Физического Общества, совместно с действительным членом Общества, к.т.н. - Вербицкой Татьяной Николаевной, - основоположником теории и технологии производства высоконелинейных диэлектриков, - варикондов. Сбываются пророческие слова Михаила Васильевича Ломоносова - и Русская земля неустанно продолжает рождать гениев, какие бы испытания на их долю не выпадали. Точкой опоры в исследованиях Заева явилось внимательное знакомство с экспериментальными работами Фарадея и Максвелла, показавших, что в электрических конденсаторах с нелинейными диэлектриками при заряд-разрядке обнаруживается так называемый ими «остаточный заряд», излишек электричества. Заев показал экспериментально, тремя различными способами, что при разрядке варикондов Вербицкой выделяется энергии больше, чем затрачивается на их зарядку. Теоретическое обоснование этого явления, кроме идей Флоренского, Заев черпал у академика Санкт-Петербургской академии наук, князя Голицына Бориса Борисовича. В работе 1893 года «Исследования по математической физике» Голицын показал, что - цитирую – «…при электризации диэлектрика могут происходить различные тепловые явления в зависимости именно от того, какие из трёх элементов - давление, объем или температура - остаются при электризации постоянными… Полная внутренняя энергия системы плоского конденсатора и диэлектрика представляются в виде суммы трёх членов». Далее Голицын приводит и математическое выражение полной внутренней энергии системы плоского конденсатора с диэлектриком, его так называемое «второе основное уравнение»:

В этом уравнении Голицына - третий член правой части уравнения - перекрёстный: он имеет вид как энергии тепловой, так и энергии электрического поля. В современных обозначениях (по Заеву), внутренняя энергия единицы объема изотропного линейного диэлектрика в конденсаторе

где:

Таким образом, Голицын впервые установил взаимоконверсию этих видов энергии, на что, однако, - вплоть до Заева - никтo в мире не обратил внимания. И вот теперь, спустя еще 100 лет, Русским Физическим Обществом опубликованы работы Заева с исчерпывающе полным анализом информации, содержащейся в петле гистерезиса диэлектрика (ёмкости). В этих работах показано, что тепловая и электpическая энергия по сути своей - КОЭНЕРГИИ, - одна - другой. И они в диэлектpике взаимопревращаемы. Детальным расчётом определены условия, когда диэлектpик способен иметь отрицательный тангенс потерь, то есть генерировать энергию, охлаждаясь вследствие этого. То же самое справедливо и для индуктивности с ферритом. Условия появления отрицательного тангенса потерь следующие: дм / дН > О и де / дЕ > О. Что касается упоминавшихся исследований Голицына, то здесь следует отметить бесспорное влияние на него работ патриарха русской физико-математической школы Михаила Васильевича Остроградского. В частности – его научный спор с Лапласом и Пуассоном по поводу посмертного мемуара Фурье 1833 года. Уже в устном докладе Парижской академии наук, 1829 года, и позже - в 1836 году в статье «Об уравнении, относящемся к распространению теплоты внутри жидкостей», Остроградский показывает, что уравнение распространения теплоты в жидких и твёрдых телах требует учёта изменения удельной теплоёмкости и проводимости от внешних условий: изменений величины температуры и давления. Приведу лишь заключительную часть этого замечательного мемуара Остроградского: « Увеличение объёма частицы жидкости зависит не только от повышения температуры, но также от давления, которому подвергается частица, так что если обозначить через w объём частицы жидкости, то получим: dw = (Р dT - Q dP) w . Здесь через Р обозначено давление и переменным считается всё , что меняется со временем в dT и dP ».

Итак, мы рассмотрели теоретические и экспериментальные предпосылки создания одного из семи видов автономных концентраторов-преобразователей тепловой энергии окружающей среды в другие, более ценные виды энергии. А именно, - в которых организован колебательный процесс обратимой, переменной поляризации диэлектpиков или магнетиков. Для этого совершенно не требуется прибегать к услугам так называемого «флогистона»,- этой «огненной материи» алхимиков 17-18 веков, в дальнейшем переименованного в 19 веке сначала в «теплород» - Сади Карно, а затем Клаузиусом - в «энтропию».

Далее. Рассмотрим следующий вид концентраторов-преобразователей тепловой энергии - на основе использования естественных (гравитационных) и искусственных (центробежных) потенциальных полей (сокращенно - ГИГ).

Развивая идеи Лошмидта, Николая Николаевича Пирогова (действительного члена РФХО) и Циолковского, наш современник, д.т.н., профессор, почетный член Русского Физического Общества Яковлев Виталий Федорович впервые в мире показал строго теоретически и доказал экспериментально (на центрифугах с газами), что формулировка 2-го начала термодинамики Клаузиуса не применима для систем, находящихся под действием гравитационных или других потенциальных полей. А именно: в макропотенциальной (градиентной) системе второе начало нарушается в его классической формулировке, то есть в ней устанавливается градиент давления и градиент температуры, и тeплотa здесь может «сама собой» переходить от «холодного». Именно на таких системах основана работа трубок Ранка и методика определения теплоёмкости газа при постоянном давлении по Колинзу и Ван-Вайлю. Главный вывод здесь следующий: используя разновеликие температурные перепады (градиенты) 2-х столбов различных газов в поле тяготения, зависящие от их теплоемкостей, не только возможно построить «вечный двигатель второго рода», но эти пресловутые «двигатели» - оказывается - уже давно применяются на практике, правда - только в маломощном исполнении измерительных приборов.

Идём дальше. Рассмотрим так называемый основной закон термохимии, экспериментально установленный в 1840 году русским учёным Германом Ивановичем Гессом. Этот закон утверждает, что теплота химических превращений не зависит от пути (промежуточных стадий), при Т, V = const или Т, Р = const.

Таким образом, на основе математического анализа опытного закона Гесса, Буйнов пришёл к выводу, что второе начало термодинамики - в химии не работает - ни теоретически, ни практически. Химическая реакция не есть процесс в одной «физической» системе, а это процесс превращения (перехода) одной системы в другую, с другими физическими параметрами. Всевозможные так называемые теоретические парадоксы Гиббса, Эйнштейна и прочие, как и многоликость термодинамических потенциалов, - всё это порождено некорректным переводом закона Гесса на язык термодинамики.

Следствием вышесказанного является реальная возможность создавать автономные концентраторы-преобразователи теплоты окружающей среды следующих видов: (1) термоабсорбционные установки (сокращённо - ТАУ) - монотермические энергоустановки термоабсорбционного принципа действия на бинарных системах; (2) активные турбоустановки (сокращенно - АТУ) - на основе использования известных газотурбинных установок ГТУ, заправленных химически активным, диссоциирующим газом, например - четырёхокисью азота; (3) теплоэлектролизные инверсеры (сокращенно - ТЭИ), например - на аммиаке, работающие при высоком давлении (порядка 10 МПа). Последний (третий) вид энергоустановок способен производить по расчётам Буйнова тепла или электричества (охлаждая окружающую среду) - 1 МВт на каждый кубометр электролизного пространства. Эти теплоэлектролизные инверсеры Буйнова - реальная альтернатива атомной энергетике. Самое поразительное здесь в том, что эти иверсеры оказываются логическим развитием так называемых электролизеров воды высокого давления, созданных более ста лет тому назад в России - действительным членом Русского Физико-Химического Общества - Лачиновым Дмитрием Александровичем. История их создания (уже в которых раз!) также драматична.

В конце прошлого века Дмитрий Александрович, экспериментируя с электролизом воды, обнаружил, что для разложения одного и того же количества воды, вне зависимости от давления собираемых в баллонах газов, требуется одно и то же количество электричества. Создав свой электролизёр воды высокого давления (сокращенно - ЭВВД), Лачинов его запатентовал в 1888 году в Англии и Германии, мечтая о широком использовании своего изобретения на пользу всем. Но не тут-то было. В европейских научных кругах сразу же развернулась «научная» дискуссия: почему это у Лачинова в России задарма получаются сжатыми водород и кислород. Больше всех была обескуражена Парижская академия наук, ведь ещё в 1755 году она торжественно предала анафеме все проекты «вечных» двигателей. Спасая честь мундира, темпераментные французские академики поспешили объявить его установки - шарлатанством. Западных учёных такой поворот дел вполне устроил, а в России - Лачинов, как водится, пророком не стал. После скоропостижной смерти Лачинова, о его электролизёрах и вовсе забыли. Никто не знает о них и поныне, кроме Русского Физического Общества и его журналов...

Новое это хорошо забытое старое. А Буйнову принадлежит заслуга не только существенного усовершенствования аппаратов Лачинова, придания им вида автономных установок циклического действия, перевода их на другие реагенты, - но и теоретическое объяснение принципа их работы. Велика также заслуга Заева, в реализации лачиновских аппаратов. Ему принадлежит заслуга создания современной конструкции электролизёров воды в виде автономных генераторов электрической и механической энергии. В составе этих генераторов Заева (сокращенно - ЭВД): собственно электролизёр воды высокого давления, детандеры, сцеплённые с генераторами электрического тока, и топливный элемент.

Мой доклад был бы не полным, если бы я не упомянул - хотя бы - ещё об одном виде концентраторов-преобразователей энергии окружающей среды - а именно - о термоэлектрических генераторах (сокращенно - ТЭГ). Как и в выше приведённых случаях, здесь та же история: реальные, экспериментально подтверждённые идеи российских естествоиспытателей прошлого - начала нынешнего века, доказывающие ограниченность 2-го начала, оказываются - все до единой - почему-то забытыми или искажёнными до неузнаваемости современной наукой. Вообще - у России своя судьба...

Итак, - термоэлектрические генераторы.

Обращаясь к ранним классическим работам 1863 года по термоэлектричеству русского учёного Михаила Петровича Авенариуса, профессора Санкт-Петербургского университета, академика, основателя киевской физико-математической школы, - Николай Емельянович Заев предложил реанимировать полузабытые свойства термоэлектрических цепей: электродвижущая сила в них – не функция разности температур, а разность функций от температуры того и другого спая. Иными словами, ещё в прошлом веке Авенариус показал, что тепло Пельтье с ростом температуры спая изменяется по закону параболы, меняя знак, пройдя через ноль, а не монотонно, чему учат сейчас в школах и университетах. Есть, оказывается, температура горячего спая, при которой тепло Пельтье равно нулю. Есть температура инверсии, когда в цепи исчезает электрический ток. При ещё большей температуре – в цепи меняется направление тока и знак тепла Пельтье. То есть наступает ситуация, когда в холодном спае тепло отбирается, на горячем – выделяется. Итак, запустив термоэлектрическую цепь одиночным нагревом в области температур, где происходит инверсия знака тепла Пельтье, - холодный спай станет стабильно холодильником, а горячий – нагревателем. Ясно, что энергию из среды поставляет холодный спай. Известны и температуры инверсии для некоторых пар веществ спаев, представляющие практический интерес и которые могут работать в необычном режиме при должной конструктивной форме в диапазоне температур -100 - +100 о С. Но не спешите листать современные учебники или монографии. Там вы найдёте лишь усечённые, обрезанные труды Авенариуса. Чтобы докопаться до полной истины вам придётся воспользоваться раритетными изданиями столетней давности Санкт-Петербургского университета и Русского Физико-Химического общества.

А вот компетентное мнение о претензиях создателей, толкователей и почитателей 2-го начала термодинамики, которое даёт Молчанов Альберт Макарьевич, доктор физико-математических наук, профессор, директор Вычислительного Центра РАН в Пущино-на-Оке, проректор по науке Пущинского Государственного Университета, один из научных экспертов Русского Физического Общества:

«Термодинамика – на редкость неудачный термин. Значительно точнее было бы – «термостатика». Это наука о paвновесных средах для максимально простых индивидов (систем), имеющих один единственный параметр - внутреннюю энергию. В этом смысле обычная термодинамика является, конечно, наиболее универсальной теорией, но именно по этой причине она почти бесполезна для изучения сколько-нибудь сложных систем, она для такого изучения просто-напросто слишком груба. Любая попытка объяснить принципами типа «минимум потока энтропии» поведение не только живых, но даже сколько-нибудь сложных неживых систем - заранее обречена на неудачу». ЖРФХО, т.65, вып. 1, стр. 122.

Милостивые господа! Подведём итог. Нами рассмотрены следующие виды автономных концентраторов энергии окружающей среды:

- КЭССОРы - концентраторы-преобразователи тепловой энергии в электричество на основе применения конденсированных нелинейных диэлектриков и магнетиков;

- ГИГ - грави-инерциальные генераторы - концентраторы тепловой энергии;

- ТАУ - термоабсорбционные концентраторы тепловой энергии на бинарных системах;

- АТУ - активные турбоустановки - концентраторы тепловой энергии на основе применения в обычных газотурбинных установках ГТУ - активных диссоциирующих газов;

- ЭВД - электролизёры высокого давления - концентраторы-преобразователи тепловой энергии в электрическую и механическую;

- ТЭИ - теплоэлектролизные инверсоры - концентраторы-преобразователи тепловой энергии в электрическую или механическую;

- ТЭГ - термоэлектрические генераторы – монотемпературные концентраторы- преобразователи тепловой энергии.

В заключение своего доклада обращаю ваше внимание: описанные выше монотермические генераторы это автономные сложные системы с глубокими положительно-отрицательными обратными связями, в которых организован незатухающий колебательный процесс циклического обратимого преобразования агрегатного состояния их внутреннего энергоносителя (агента) с одновременной циркуляцией этого агента по замкнутому контуру, имеющему два явновыраженных открытых термических полюса-теплообменника. За счёт этого, данные системы создают устойчивый, саморегулируемый, однонаправленный, сквозной тепловой поток. Саморегуляция теплового потока монотермических генераторов такова, что при отборе потребителем части внутренней энергии энергоносителя, этот поток автоматически увеличивается; при отсутствии потребления - тепловой поток уменьшается до минимально устойчивой величины. Именно поэтому все перечисленные мною системы - как индивиды - самоорганизованы, а значит ЖИВЫЕ. Именно поэтому и следует констатировать летальный исход, крах так называемого « второго начала термостатики» - извините – «термодинамики».

Планета Земля уже давно превратилась в ЖИВУЮ СИСТЕМУ. Так может и нам, «разумным», тоже пора начать создавать подобные автономные системы не-топливной энергетики, на пользу самим себе?

Был президентом Международной сейсмической ассоциации, членом Лондонского королевского общества (1916), почетным членом многих научных обществ.

Решением 6-го Съезда Общества (апрель 1994 г.) Русское Физическое Общество объявило себя правопреемником Русского Физико-Химического Общества (РФХО, 1872-1931 гг.), а свой научный журнал ЖРФМ и всю журнальную продукцию естественнонаучного профиля своего издательства – продолжением научного журнала ЖРФХО (1872-1931 гг.). Датой возрождения Русского Физико-Химического Общества и его научного журнала ЖРФХО, насильственно ликвидированных в 1931 году, 6-ой Съезд Русского Физического Общества решил считать 16 апреля 1991 г., то есть дату учреждения Русского Физического Общества и выхода в свет первого номера научного журнала ЖРФМ.