Условия нарушения закона Вольта.

Уже отмечалось, что в качестве решающих эксперимен­тов, определяющих судьбы старых и новых представле­ний, старой и новой (ОТ) теории, были избраны помимо неизвестных ранее хронального и метрического явлений также устройства типа БМ («движение за счет внутрен­них сил») и ПД («получение КПД устройств, равного единице») [10, с.413]. Каждое из этих устройств нару­шает один или несколько общепринятых физических законов. Например, в БМ не соблюдаются третий закон механики Ньютона и закон сохранения количества дви­жения. Что касается ПД, то в них одновременно с не­соблюдением второго закона термодинамики Клаузиуса нарушаются также какие-либо другие законы или обна­руживаются новые. Например, фазовые (испаритель­ные) ПД демонстрируют ошибочность, теории (и фор­мулы) фазовых превращений Томсона-Кельвина [10, с.450; 12]. Устройство ПД-18 опирается на новую тео­рию термоэлектричества и неизвестный ранее линейный эффект. В ПД-14, о котором сейчас пойдет речь, нару­шается закон Вольта [10, с.462; 1].

В 1797 г. Вольта открыл эффект возникновения кон­тактной разности потенциалов на границе соприкосно­вения двух разнородных веществ - металлов, полупро­водников и диэлектриков. Им же сформулирован закон, согласно которому при одной и той же температуре в правильно разомкнутой цепи, на концах которой нахо­дится один и тот же проводник первого рода (в провод­никах первого рода не происходит химических реакций), суммарная разность потенциалов равна нулю. Другими словами, по Вольта, если составить замкнутую цепь из нескольких разнородных металлов, то в ней при изотер­мических условиях суммарная электродвижущая сила (ЭДС) и электрический ток должны быть равны нулю - это общеизвестная истина, которая почти 200 лет пере­ходит из одного учебника физики в другой.

Однако, в действительности дело обстоит несколько сложнее, и в замкнутой цепи, составленной из трех и бо­лее разнородных проводников, суммарная ЭДС и сила тока могут быть не равны нулю, т.е. такая цепь пред­ставляет собой типичный вечный двигатель второго ро­да: в ней при наличии существенного электросопротив­ления и полной изоляции от окружающей среды происходит вечная самопроизвольная незатухающая круговая циркуляция электрического заряда. Если изоляция от­сутствует, то цепь преобразует теплоту одного источни­ка (окружающей среды) в электроэнергию или работу с КПД 100%. Физическая суть этого нового эффекта заключается в следующем.

Согласно третьему началу ОТ (закон состояния), электрический потенциал проводника является функцией количеств термического и электрического веществ (зарядов). Уравнение состояния связывает между собой также количество термического вещества с температу­рой, следовательно, потенциал может быть выражен также в виде функции от температуры и электрического заряда. Нас в данном случае будет интересовать зави­симость потенциала от температуры. Эта зависимость не одинакова у разных проводников из-за различия в коэффициентах уравнений состояния. Поэтому при дан­ной температуре Т между проводниками должны суще­ствовать разности потенциалов, их в свое время и от­крыл Вольта.

На рис. 3.6 схематично показана зависимость потен­циалов трех проводников А, В и С в функции от темпе­ратуры (сплошные линии). При некоторой температуре Т потенциалы этих одиночных проводников имеют зна­чения j_а, j_В и j_С соответственно.

Рис. 3.6. Схема изменения потенциалов одиночных проводников

А, В и С стемпературой (сплошные линии); штриховыми ли­ниями

обозначены по­тенциалы поверхностей контакта тех же про­водников,

соприкасаю­щихся с другими про­водниками.

Очевидно, что сумма всех трех скачков потенциалов между проводниками j_аВ, j_ВС и j_СА в точности равна нулю, т.е.

j_аВ + j_ВС = j_СА                                            (3.19)

Это и есть уравнение закона Вольта. Соответствующее равенство может быть написано для любого числа про­водников.

Однако если одиночные тела А, В и С (рис. 3.7, а) привести в соприкосновение друг с другом (рис. 3.7, 6), то вольтовская идиллия несколько нарушается. Это объясняется тем, что скачки потенциалов фактически воз­никают между пристеночными слоями х,имеющими тол­щину порядка размеров нескольких атомов. Термодина­мические свойства каждого такого слоя заметно изменя­ются в зависимости от того, с каким конкретно другим телом соприкасается данное. При этом изменяются ко­эффициенты уравнения состояния и числовые значения функций f, связывающих потенциал поверхности кон­такта с температурой.

Рис. 3.7. Разомкнутые проводники А, В и С (а);

схемы ПД-14 (б-д); схема ПД-17 (е).

Новые функции f для контактирующих поверхностей (слоев х)изображены на рис. 3.6 штриховыми линиями. В условиях контакта при температуре Т тело 1 (рис. 3.7) уже не имеет прежнего потенциала j_а: на поверхности соприкосновения с телом 2 оно обладает потенциалом f₁₂ (первый индекс соответствует номеру данного тела, второй - номеру тела, с которым соприкасается дан ное), а на поверхности соприкосновения с телом 3 - по­тенциалом f₁₃. Такие же изменения потенциала наблю­даются и у других тел. В результате получаются новые скачки потенциалов j₁₂, j₂₃ и j₃₁ отличные от вольтовских j_аВ, j_ВС и j_СА. Эти новые скачки могут и не быть равны нулю, что нарушает закон Вольта.

Как видим, причина нарушения закона Вольта кро­ется во взаимном влиянии, взаимодействии контактиру­ющих тел, которое законом не предусмотрено. Благода­ря нарушению закона Вольта в замкнутой цепи появля­ются нескомпенсированная ЭДС и электрический ток, в итоге цепь превращается в вечный двигатель второго рода со всеми вытекающими отсюда последствиями.