Почему ДВС нельзя описывать в рамках догмы Карно? Давайте разберёмся — продолжил Матвей.
— Во-первых, рабочее тело в ДВС не используется при работе двигателя повторно, а выбрасывается в окружающую среду. С точки зрения полноценной термодинамики это чрезвычайно важная особенность, качественно меняющая картину работы двигателя! В частности, возможна ситуация, когда двигатель будет вырабатывать больше механической энергии, чем выделилось при взаимодействии топлива и окислителя! За счёт превращения части тепла исходного тепла окислителя и топлива в полезную работу. Это на первый взгляд противоречит классической термодинамике, созданной трудами Карно. Но если взглянуть на проблему шире, то становится ясно, что противоречия-то как раз нет! Второе начало термодинамики — неубывание энтропии, в данном случае выполняется. Просто те, кто загипнотизирован «циклом Карно», как единственной возможной реализации идеального теплового двигателя, не замечают, что в ДВС, где состав рабочего тела меняется, и оно выбрасывается после осуществления рабочего хода, возникают принципиально иные возможности, которые в двигателе Карно не рассматриваются.
Проиллюстрируем их. Рассмотрим тепловую машину, которая может работать… без холодильника!
Кто-то из инженерно образованных слушающих выкрикнул:
— Невозможно!
— Возможно! Если по-пристальнее проанализировать работу двигателя с изменяющимся рабочим телом, либо удаляемым после рабочего хода.
— Простейший случай. Есть цилиндр, разделённый поршнем на две части, находящийся в состоянии теплового равновесия, т. е. температура везде в нём одинакова. Поршень теплопроницаем, т. е. тепло проходить через него может. Цилиндр же теплонепронецаем. Получили хорошую карикатуру на реальный ДВС. В одной части — находится сжатый газ, в другой части газа нет. Т. е. там пустота. Или нет? Нет! Поскольку у нас есть требование теплового равновесия, то с другой стороны у нас будет газ… фотонов теплового излучения, находящихся в состоянии теплового равновесия. Назовём такой фотонный газ… Флогистоном! Но его давление будет настолько мало по сравнению с давлением создаваемым атомами газа, в диапазоне обычных температур, при которых ещё возможно существование цилиндра и поршня из обычного вещества элементы которого описаны в таблице Менделеева, что ощутимого давления на поршень он не разовьёт. Более того, подобный газ тепловых фотонов будет и в той части цилиндра, где находится обычный атомарный газ. Поэтому давление теплового фотонного газа будет скомпенсировано с обеих частей поршня. Пусть у нас поршень имеет возможность двигаться в сторону пустого пространства. Он и двинется, преобразуя энергию теплового движения атомов газа в свою механическую. Если поршень движется очень медленно, то вся система будет находится в состоянии теплового квазиравновесия, и газ совершит работу, без холодильника!
— Именно к подобным классам тепловых двигателей принадлежит ДВС! Отсюда следует возможность более эффективного преобразования энергии выделяющейся при взаимодействии молекул топлива и окислителя, чем это принято считать, опираясь на цикл Карно, который как уже видно, не применим к реальному ДВС, ибо не выполнены два главных условия — неизменность рабочего тела, и его циркуляция.
Отсюда следует, что учтя эти особенности и отказавшись от цикла Карно при анализе конструкций ДВС как от «путеводной» карты, можно найти «космосы» возможных конструкций ДВС, которые будут обладать очень высоким КПД преобразования энергии взаимодействия топлива и окислителя в механическую энергию, в пределе даже превосходящую 100 %!!!
Глава 19. Мотор «Ибадулла»
Это заявление вызвало шум в аудитории и недоверчивые выкрики.
В основном шумели трое работников, имевших за плечами изрядный опыт практического обслуживания разнообразных ДВС, преимущественно авто, и один мастер был с черноморского флота, знаком с судовыми дизелями. Он, к удивлению Бронштейна, поддержал его.
Переждав шум, Матвей произнёс: — И всётаки она вертится! То бишь, есть реальный опыт создания ДВС с КПД 60 %, требующий минимальной переделки бензинового двигателя, и опыт создания ДВС с КПД 110 %, правда, до рабочего состояния этот двигатель не был доведён.
— Откуда ты это взял?! — выкрикнул один из несогласных.
Макаров перехватил управление у Бронштейна, и начал излагать только что придуманную им легенду:
— Во время Гражданской войны я как-то раз собирал зимой оставшиеся после погрома доходных домов вещи, чтобы использовать их вместо дров. Холодно было, а дрова не купить.
Аудитория замерла, внимательно слушая легенду.
— Попалась мне на глаза тетрадка, с интригующим названием «Новая теория двигателей внутреннего сгорания». Автором этого дневника был инженер грозненских нефтепромыслов небезызвестного Нобеля, Хаджи Ибадулла. Этот человек, самостоятельно сумел пройти путь от обходчика-сторожа нефтяных скважин, до инженера. Обладая пытливым умом, он обнаружил те самые сомнительные допущения в теории ДВС, и решил самостоятельно заняться иследованиями. Благо что возможность была — Нобель активно использовал на своих промыслах мотоциклетки и авто.
Ещё будучи мастером в мастерской по ремонту моторной техники, он переделал согласно своим умозаключениям велосипедный движок, наподобие тех, что остались у нас. В результате, мощность двигателя выросла раз в пять, и мотор позволил разогнаться до 100 км/ч велосипеду. Кстати, это был сумашедший риск со стороны изобретателя, он чуть не погиб, хорошо что сумел найти ровную дорогу для испытаний. Но участок грейдерной дороги был не слишком длинён, и изобретатель чуть было не вылетел с дороги на скалы. Это к тому, что современные велосипеды не предназначены для высоких скоростей, ежели кто из ныне меня слушающих, захочит поставить форсированный «Фафнир» на свой велосипед.
Самое любопытное, что велосипедный двигатель стал потреблять меньше топлива, и меньше нагреваться. Если раньше, по записям Ибадуллы, цилиндр и выхлопная труба мотора нагревались так, что от выхлопного патрубка можно было прикурить, то после переделки цилиндр был на ощупь едва тёплым, а выхопной патрубок можно было после продолжительной интенсивной поездки держать рукой.
Ибадулла разобрался в том, что происходит в двигателе его конструкции, и сумел пойти дальше — создал двигатель смешанного керосино-водяного питания, представляющий из себя две турбины, одна — компрессор, нагнетающая воздух, а другая — вырабатывающая энергию. Турбины оригинальной конструкции. Так вот, выхлоп этого мотора был… холодным! И его энергетический КПД, соотношение выработанной механической энергии и энергии заключённой в потреблённом топливе, достиг 110 %!
Ценным в дневнике, помимо описания сверхмотора было то, что Хаджи сумел понять, почему его выкладки не повторили в 19 веке, когда шло активное создание классической термодинамики. Помимо «загипнотизированности» авторитетом Карно, тут сыграл роль шкурный интерес производителей моторов и топлива для них. Супермотор слишком хорош. Если оценивать последствия его внедрения в рамках буржуазных экономических требований, он не даёт сверхприбыли, и резко снижает доход производителей топлива. Это и отразилось в эволюции конструкций ДВС.
— Ты что, Матвей, хочешь сказать, что в инженерном деле, моторостроении например, основную роль играют интересы буржуазии, а не объективные технические закономерности? — выкрикнул мастер-двигателист.
— Ага. Давайте просто проанализируем моторчик «Фафнир» на наличие «буржуазных извращений» в его конструкции.
— Например: хитровымудренное расположение крепежа. Которое потребовало от нас изготовить особые ключи. Очевидно, это сделано специально, чтобы пользователь мотора не мог его самостоятельно чинить, что подразумевает самостоятельную разборку. Таким образом навязываются услуги сервиса или покупка нового мотора.
Началось бурное обсуждение озвученной Макаровым темы. Затем кто-то спросил: