На протяжении всей истории существования государств КПД человечества остается постоянным, потому что при повышении производительности труда пропорционально возрастает степень бюрократизации общества.
Про коэффициент полезного действия мы все слышали еще в школе. Само понятие не сложное, это всего лишь отношение полезной работы к затраченной. Выражается чаще всего в процентах и дает нам некоторое представление о качестве и целесообразности применения какого-то конкретного механизма или прибора.
КПД не бывает больше 100%, потому что в классической механике его принято применять к закрытым системам. А в закрытых системах, как известно из закона сохранения энергии, получаемая энергия не может быть больше затраченной.
Например, сжигаем бензин в двигателе внутреннего сгорания, часть полученной энергии уходит в атмосферу в виде тепла, часть затрачивается на трение деталей мотора, и только некоторая часть, возможно 50-60% процентов, используется по назначению.
Для нашей задачи используется только энергия сгорания топлива в двигателе, и никакая иная система не участвует в этом процессе нам на пользу. Поэтому принято считать, что система закрыта. Но мы можем несколько изменить наш автомобиль, поставить рекуператоры для использования инерции торможения, энергию от них отправить в аккумулятор, а он в свою очередь будет приводить в движение дополнительные электродвигатели. Таким образом, мы добавили к нашей машине еще несколько узлов, которые вместе будут повышать общий КПД нашей машины, добавляя тяговые силы к силам основного двигателя.
Тут следует помнить, что у каждого узла будет свой КПД меньше 100%, но при умелом использовании общий КПД всей системы повысится, скажем, до 65%. Это пусть небольшое повышение произошло потому, что мы открыли нашу систему для действия сил из иных систем. И открытая система может одновременно подключаться к различным иным системам (гравитация, солнечная энергия, магнитная индукция) и повышать общий КПД за их счет. В подобной ситуации в определенный момент КПД может превысить 100%. И вот, то что казалось невозможным, стало реальностью.
Классическая механика школьного курса не открывает этой тайны, с первого знакомства она твердит, что механических систем с КПД в 100% не может быть. И дети со школьной скамьи привыкают к этому ограничению, в результате демонстрируют узость мышления, ограниченность, из-за созданного стереотипа. И хотя оговорка про закрытые системы присутствует, но так как открытых систем в школе не изучают, то у школьников просто начисто отсутствует понятие об их существовании. А потом академик в университете заявляет, что приборов с таким большим КПД не может быть в силу закона сохранения энергии. Но законы термодинамики и сохранения энергии помешают нам только в замкнутых системах, а вот в открытых они нам не помешают.
Пример открытой системы в действии это холодильник у вас дома. Он потребляет из розетки энергии в три-четыре раза меньше, чем выделяет тепла на своем радиаторе. Тут на лицо две системы: холодильное оборудование, которое и потребляет всю энергию из розетки, и теплота атмосферы и продуктов внутри холодильника. Так как вторая система только остывает, то есть переходит с верхнего энергетического уровня на нижний, и своей энергии не тратит попусту, то практически все тепло переходит на внешний радиатор. Затраченная на работу системы охлаждения электроэнергия в разы меньше той, которую отдают продукты.
На этом принципе работают тепловые насосы. Холодильная установка охлаждает воду в скважине, а забранное тепло уходит в трубы отопления или на горячее водоснабжение. Человек затрачивает 1 Кв. электроэнергии, а в трубах получает 3-4Кв. но уже теплом.
Почему в школьных учебниках об этом ни слова? Это ведь не частный случай. Это принцип действия, парадигма создания сверхединичных систем, при помощи которых можно решить любую энергетическую проблему.
Некоторые системы вообще не потребляют энергии, однако производят ее. Их КПД может стремиться к бесконечности, но на деле их производство может быть очень дорогостоящим, окупаемость длительная. Например, солнечные электрические панели. Они вообще не потребляют энергии, но и сами, и дополнительное оборудование довольно дорогостоящи. Их КПД очень высок, (иногда говорят, что он низок 12-15%, но это заблуждение. Нам надо полезную работу разделить на затраченную, но мы ничего не затратили, а так как на ноль делить не принято, то и КПД подсчитать невозможно. А эти проценты всего лишь освоенная часть бесплатной энергии из всей поступающей на панель от Солнца) но использование их не настолько привлекательно, потому что очень длительный период окупаемости.
Так что такая характеристика как КПД в наше время уже не очень важна. Разве что применительно к отдельным узлам, чтобы оценить их качество.
Главное, что мы должны из этого усвоить - существует возможность создания устройств, которые при малом потреблении энергии, будут выдавать нам гораздо большее количество работы или дополнительной энергии.
Важно также и то, что мы пока еще не говорим про вечный двигатель, потому что устройство, отдающее больше энергии, чем потребляет, все же изнашивается, разрушается. Также источник дополнительной энергии может со временем иссякнуть, и устройство перестанет работать корректно. Но мы пока не будем брать в расчет, что Солнце может потухнуть, а вода в Океане остыть.
Нам ведь интересен не вечный эффект, а сегодняшний. Если какое-либо устройство обеспечит мой дом бесплатной энергией во всем необходимом объеме, то ничего страшного, если иногда мне придется его чинить, заменять детали. Главное, чтобы оно не было очень дорогим, чтобы его было рационально использовать.
Нужно, чтобы каждый школьник знал о возможности создания подобных машин, а наши будущие инженеры мечтали сделать открытие, создать устройства.
