SAMOCZYNNY SILNIK TESLI.pdf

SAMOCZYNNY SILNIK TESLI

Peter A. Lindemann

W czerwcu 1900 roku Nikola Te-sla opublikował w czasopiśmie Century Illustrated

Magazine artykuł zatytułowany “Problem zwiększenia ludzkiej energii" (“The Problem of

Increasing Human Energy"). Nigdy dotąd nie pojawiła się tak wyczerpująca i świadcząca o

doskonałej znajomości przedmiotu rozprawa dotycząca sposobów pozyskania użytecznej

energii z środowiska. W oryginalnym wydaniu artykuł ten zajmuje 31 stron. Po omówieniu

wszystkich znanych i stosowanych ówcześnie metod uzyskiwania energii Tesla przystępuje

do zagadnienia “odejścia od znanych metod – możliwości skonstruowania samoczynne-go

silnika – idealnego sposobu pozyskania energii motorycznej".

Na stronach 200-204 oryginalnego wydania Century Illustrated Magazine Tesla przedstawia

w zarysie swoje idee. Z tej części artykułu pochodzą poniższe cytaty.

Przegląd różnych sposobów wykorzystania energii ośrodka przekonał mnie, ...że aby dojść do

praktycznych rozwiązań, trzeba radykalnie odejść od znanych obecnie metod. Wiatrak, silnik

słoneczny, silnik napędzany ciepłem z wnętrza ziemi są ograniczone ilością dostępnej mocy.

Trzeba odkryć nowe sposoby, które umożliwiłyby dostęp do większej ilości energii.

...problemem było odkrycie jakiejś nowej metody, która umożliwiłaby wykorzystanie

większej ilości energii cieplnej ośrodka, jak również otrzymanie większej ilości energii z

takiej samej ilości medium.

Na próżno usiłowałem sformułować jakąś możliwie kompletną ideę, kiedy czytałem niektóre

twierdzenia Carnota i lorda Kelvina, które praktycznie znaczą tyle, że niemożliwe jest, aby

nieożywiony mechanizm czy samoczynna maszyna schłodziła jakąś część ośrodka poniżej

temperatury otoczenia i działa napędzana uzyskanym w ten sposób ciepłem. Bardzo mnie te

twierdzenia zainteresowały. Niewątpliwie żywe organizmy mogły to właśnie robić i moje

doświadczenia z lat ubiegłych... przekonały mnie, że żywy organizm jest tylko automatem,

czy też mówiąc inaczej “samoczynnym silnikiem". Doszedłem więc do wniosku, że

skonstruowanie urządzenia, które działało by tak samo, jest możliwe.

Przypuszczam, że ekstremalnie niska temperatura mogłaby być utrzymywana przez pewien

proces w danej przestrzeni – otaczający ośrodek byłby zmuszony wtedy do oddawania ciepła,

które mogłoby być zamienione na mechaniczną czy inną formę energii i wykorzystane.

Realizując taki pomysł, powinniśmy być w stanie zapewnić w każdym punkcie naszego globu

ciągłe dostawy energii, dzień i noc.

Nikola Tesla (1856-1943)

Bliższa analiza podstawowych zasad [fizyki] związanych z tym zagadnieniem i odpowiednie

obliczenia wykazały, że efekt, jaki chciałem osiągnąć, nie mógłby być uzyskany przy

praktycznym zastosowaniu zwykłych urządzeń, jak tego początkowo oczekiwałem.

Doprowadziło mnie to następnie do badań nad pewnym typem silnika, który ogólnie można

określić jako “turbinę", który daje na pierwszy rzut oka większe szansę realizacji mojego

pomysłu.

...z moich wniosków wynikało, że gdyby ten szczególnego rodzaju silnik mógł być

doprowadzony do wysokiego stopnia doskonałości, plan, jaki nakreśliłem, byłby możliwy do

zrealizowania. Zdecydowałem się więc podjąć pracę nad skonstruowaniem takiej turbiny

mając na uwadze przede wszystkim najwyższą sprawność (ekonomikę) zamiany energii

cieplnej na mechaniczną.

[Na początku 1895 roku] dr Carl Linde poinformował o skropleniu powietrza w

samoschładzającym się procesie, udowadniając tym samym, że było to możliwe do

wykonania przez schładzanie do momentu, kiedy powietrze zaczęło się skraplać. To był

jedyny eksperymentalny dowód, jakiego wciąż oczekiwałem, pokazujący, że można uzyskać

energię z ośrodka w sposób, jaki rozważałem.

Z tego przedsięwzięcia, nad którym tak długo pracowałem, wiele jeszcze zostało do zrobienia.

Kilka szczegółów mechanicznych ciągle jeszcze potrzebuje udoskonalenia, wymagają też

opanowania pewne trudności innej natury i nie mogę spodziewać się zbudowania

samoczynnej maszyny pobierającej energię z otaczającego ośrodka jeszcze przez długi czas,

nawet jeśli moje oczekiwania się zmaterializują.

Pomysł Tesli był radykalny. Zaprojektować maszynę napędzaną ciepłem występującym w

otaczającym powietrzu, która jednocześnie produkuje energię mechaniczną i schładza się.

Nazwał to “idealnym sposobem na otrzymanie większej mocy napędowej". Taka maszyna

byłaby w stanie produkować użyteczną energię w dowolnym momencie dnia i nocy, w

dowolnym punkcie Ziemi, pobierając energię z ogromnych zasobów ciepła atmosfery

ziemskiej. Pracował latami, aby osiągnąć swój cel, i był absolutnie przekonany, bazując na

swojej niemal nieomylnej logice, że cel ten jest możliwy do osiągnięcia.

O ile wiem, Tesla nigdy nie ukończył pracy nad tym wynalazkiem. Ale jego pionierskie

wysiłki jasno wyznaczyły ideę, wskazały również większość problemów technicznych, które

musiały być rozwiązane.

Zdumiewające jest dla mnie to, że przy całej uwadze poświęconej Nikoli Tesli w ostatnich

latach, nigdy nie słyszałem nawet najmniejszej wzmianki

0 tym aspekcie jego prac. Zapisano całe tomy na temat urządzeń zasilanych tak zwaną

“darmową" czy też “wolną energią", zaś ich niedoszli wynalazcy na próżno szukają

wszechobecnego, niewyczerpanego źródła energii, którą ich maszyny mogłyby przetwarzać.

Imponujące wyobraźnią teorie wskazują na “tachiony", “punkty zerowe" i “magnetyzm" jako

na źródła, z których można by pozyskać energię. Podczas gdy przyszłe badania mogą

udowodnić, że te źródła mogą okazać się pożyteczne, zaskakujące jest, że najłatwiej dostępne,

nietknięte źródło gotowej do pobrania energii – ciepło atmosferyczne – jest prawie całkowicie

zaniedbywane.

Biuro patentowe zasypane jest setkami “silników na magnes stały", jednak, o ile wiem, żaden

z nich nie działa. Tesla krótko zbywa te pomysły, “Być może znajdziemy nawet sposoby

wykorzystania takich sił jak magnetyzm czy grawitacja do napędzania maszyn bez użycia

innych środków. Takie realizacje, chociaż wysoce nieprawdopodobne, nie są niemożliwe".

Pozostawiając otwartą furtkę, Tesla uważa ten obszar badań za warty tylko drobnej wzmianki.

Następnie poświęca cztery strony na omówienie swoich wysiłków mających na celu

wykorzystanie temperatury otoczenia jako źródła energii.

Tesla był genialnym myślicielem i wynalazcą. Jego umysł przewidział ostateczne rozwiązanie

potrzeb energetycznych ludzkości. Podobnie jak Sherlock Holmes, stosując potęgę swojej

dedukcji, uznał, że kiedy wszystko, co jest “nieprawdopodobne" i “niemożliwe", zostanie

wyeliminowane, to to, co pozostanie, musi być rozwiązaniem. Ciepło atmosferyczne było

największym, nienaruszonym zbiornikiem energii planety. Tesla odmawiał ignorowania

rzeczy oczywistych. Był rzadkim gatunkiem ryby zdolnej do rozważania natury wody, w

której pływa. Mało kto był w stanie prześledzić i zrozumieć jego idee. Jeszcze mniej ludzi

było w stanie kontynuować jego prace.

Kiedy pierwszy raz czytałem ten artykuł w Century Magazine, byłem zafascynowany jego

częścią poświęconą “samoczynnym" silnikom. Jednak pomysł Tesli, aby pozyskiwać energię

przez odprowadzanie ciepła do niewyczerpanego “zimnego miejsca" wydawał się

niewykonalny. Mój umysł nie mógł przeniknąć niewiadomych związanych z tym pomysłem.

Na szczęście, inne umysły nie były tak ograniczone. Chcąc zrozumieć pomysł Tesli, należy

zapoznać się najpierw z podstawami termodynamiki gazów. Jeśli gaz (na przykład powietrze)

jest zamknięty w ograniczonej przestrzeni, trzy jego cechy stają się od siebie wzajemnie

zależne. Są to:

1) objętość, czyli przestrzeń, jaką zajmuje gaz;

2) temperatura, czyli ilość zawartego ciepła;

3) ciśnienie, czyli siła, z jaką cząsteczki gazu napierają na ścianki zbiornika.

Rys. 1. Silnik parowy.

Na przykład, jeśli rozmiary zbiornika (czyli objętość) się nie zmieniają i podnosimy

temperaturę powietrza wewnątrz, to ciśnienie działające na ścianki zbiornika też wzrasta.

Podobnie, jeśli objętość się nie zmienia i obniżamy ciśnienie, to temperatura również musi

spaść. Z kolei jeśli zwiększamy objętość, to spadnie albo temperatura albo ciśnienie (albo oba

te parametry). Widać z tego, że ciśnienie i temperatura są zależne od siebie wprost

proporcjonalnie, natomiast odwrotnie proporcjonalnie od objętości. Właśnie tak dr Carl Linde

skroplił powietrze w swoim “samoschładzającym" się procesie. Korzystając z tych zasad,

manipulując ciśnieniem i objętością gazowego powietrza, był w stanie je skroplić.

Rys. 1. Silnik parowy

Sto lat temu było to zdumiewające dokonanie. Obecnie proces ten jest przemysłowo

wykorzystywany na co dzień. Aby go zademonstrować, potrzebna jest tylko pewna użyteczna

nowinka dostępna w sprzedaży wysyłkowej. Obecnie wiele gazów można nabyć w postaci

sprężonej. Jeden z nich to dwutlenek węgla. Za niecałe 30 dolarów można kupić butlę

sprężonego dwutlenku węgla połączoną ze specjalną dyszą. Kiedy ulatnia się przez tę dyszę,

powstaje “suchy lód". Rozszerzając się szybko w temperaturze pokojowej w kontrolowanych

warunkach, dwutlenek węgla zamraża się sam do postaci “suchego lodu". Tą metodą można

skroplić lub jak w tym przypadku zestalić około 20 procent sprężonego gazu. Właśnie za

pomocą takiego procesu, który Tesla określił jako “sa-moschładzanie", dr Carl Linde skroplił

w roku 1895 powietrze. Tesla natychmiast pojął wynikające z tego implikacje. Twierdzi, że

jego wynalazek mógłby być napędzany skraplanym powietrzem, lecz “jego temperatura jest

niepotrzebnie niska". Wszystko, czego było trzeba, to płyn roboczy, który przechodziłby z

postaci gazowej w płynną w temperaturze niższej od otoczenia. Proces dra Linde wymaga

nakładu energii mechanicznej niezbędnej do sprężenia gazu. Lecz Tesla wiedział, że procesy

mechaniczne są odwracalne. Maszyna, którą sobie wyobrażał, korzystałaby z procesu

odkrytego przez dra Linde, lecz zmieniałaby kierunek przemiany na odwrotny. Aby

zrozumieć, jak to może działać, wystarczy skorzystać z apteczki domowej. W temperaturze

pokojowej alkohol izopropylowy roztarty na ręku wywołuje “uczucie zimna". Uczucie zimna

wywołane jest jego parowaniem. Paruje zaś z powodu różnicy “ciśnienia pary" między

zamkniętą butelką i otwartym powietrzem. Ta zmiana ciśnienia “wymusza" parowanie. Lecz

alkohol potrzebuje ciepła, aby wyparować (przejść z płynu w gaz). Ponieważ nie ma żadnego

dostępnego źródła ciepła, pobiera niezbędne ciepło z najbliższego otoczenia, czyli z ręki. To

dlatego ręka odczuwa zimno. Można w to wierzyć lub nie, ale Tesla widział w tym wszystkim

maszynę energetyczną. Jedną ze stron równania, która nie jest tu tak oczywista, jest to, że

objętość przestrzeni zajmowanej przez parujący alkohol raptownie wzrasta. Ta wzrastająca

objętość gazu mogłaby być ograniczona, co wywołałoby wzrost ciśnienia, które mogłoby

napędzać silnik. Tesla widział to wszystko i wiedział, co to znaczy. Spędził całe lata na

rozwiązywaniu wszystkich związanych z tym problemów technicznych, aby społeczeństwo

przyszłości mogło dzięki tym procesom zaspokoić wszystkie swoje potrzeby energetyczne.

Jak więc naprawdę wygląda “samoczynny" silnik Tesli? Żeby to sobie uzmysłowić, dobrze

jest zapoznać się przedtem z funkcjonowaniem dwóch innych systemów działających w

“układzie płynu dwufazowego" (czyli cieczy i jej par) – pierwszy z nich to silnik parowy, a

drugi to pompa cieplna. Na rysunku l woda jest podgrzewana w kotle, aż zamieni się w parę o

dużym ciśnieniu, po czym para o wysokim ciśnieniu i temperaturze jest użyta do napędzania

turbiny, zamieniając wysokie ciśnienie na pracę mechaniczną. Z turbiny wychodzi para o

niskim ciśnieniu i temperaturze, która ulega dalszemu schłodzeniu w kondensatorze

zamieniając się ponownie w wodę. Woda jest przepompowywana ponownie do kotła i cykl

się powtarza. Na tym przykładzie łatwo można zobaczyć, że system pobiera ciepło do kotła i

oddaje ciepło w skraplaczu.

Rysunek 2 to schemat pompy cieplnej. Para o niskiej temperaturze trafia do sprężarki, gdzie

zostaje sprężona do wysokiej temperatury i ciśnienia. Para ta jest skraplana (zamieniana w

ciecz) w skraplaczu. Następnie ciecz przepuszczana jest pod ciśnieniem przez specjalną prze-

pustnicę, obniżając swoje ciśnienie i temperaturę. Obniżenie ciśnienia pozwala pewnej części

cieczy wyparować. Ta “dwufazowa ciecz" – częściowo ciecz i częściowo para – trafia z kolei

do parownika, w którym pozostała część cieczy zostaje zagotowana. Otrzymana para o niskiej

temperaturze ponownie trafia do sprężarki, zamykając cykl. Na tym przykładzie widać, że

system pobiera ciepło do parownika i oddaje ciepło w skraplaczu.

Oba te systemy są w wysokim stopniu do siebie podobne. Oba mają taki element, w którym

ciepło jest absorbowane (kocioł i parownik). Oba mają taki element, w którym obniżane jest

ciśnienie (turbina i przepustnica). Oba mają taki element, w którym ciepło jest oddawane

(skraplacz). I oba mają taki element, w którym ciecz robocza jest sprężana, żeby zamknąć

cykl (pompa i sprężarka). W maszynie parowej energia cieplna dostarczana jest do systemu w

kotle, a energia mechaniczna jest pobierana z systemu w turbinie. Ta część ciepła, która nie

została zamieniona na energię mechaniczną, jest tracona w skraplaczu i obrazuje ubytek

wydajności urządzenia. W pompie cieplnej do systemu energia mechaniczna dostarczana jest

do sprężarki, a energia cieplna jest pobierana ze skraplacza. Ta część cieczy, która zamienia

się w parę przy wyjściu z przepustnicy, obrazuje ubytek wydajności urządzenia, bowiem w

tym momencie do odparowania tej części cieczy nie jest pobierane żadne ciepło z otoczenia.

Główna różnica między tymi dwoma systemami polega na tym, że maszyna parowa wymaga

cieczy roboczej (wody) podgrzanej do 100 stopni Celsjusza, podczas gdy pompa cieplna

pracuje na cieczy roboczej (freonie), który przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy w

temperaturze 10 stopni Celsjusza. “Samoczynny" silnik Tesli jest jedyną w swoim rodzaju

hybrydą tych dwóch systemów.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: