Энтропия – это численная характеристика хаоса, меры неупорядоченности системы.
Любое упорядочивание (когерентность) теплового движения молекул будет означать снижение энтропии, поскольку тепловое движение носит изначально хаотический характер. Теплоемкость любого газа снижается пропорционально снижению его энтропии.
Продукты сгорания топлива – это многоатомные газы: трехатомные углекислый газ, пары воды, а также двухатомный азот. Тепловое движение складывается из поступательного, вращательного и колебательного движения (всего девять степеней свободы).
Поставим задачу: самопроизвольное упорядочивание теплового движения.
Квантовая полирезонансная активация (КПРА) – это принцип, позволяющий практически управлять энтропией на молекулярном уровне без сложных внешних воздействий на систему. Явление КПРА позволяет добиться синхронизации колебательного движения → снижение энтропии → снижение теплоемкости газа.
Как это происходит?
Поглощение и испускание электромагнитных волн происходит порциям (квантами), при этом молекула переходит из основного энергетического состояния в возбужденное при поглощении кванта строго определенной частоты. И наоборот, при переходе из возбужденного в основное состояние молекула испускает квант точно такой же частоты. Частота квантов строго соответствует энергии разницы уровней возбужденного и основного состояния. Молекула стремится к основному состоянию (стремится отдать энергию, «остыть»). Время жизни возбужденного состояния тем короче, чем выше уровень состояния.
Если в твердом теле или газе существуют молекулы с повышенным временем жизни одного или нескольких возбужденных состояний, то при подводе энергии (накачке) с течением времени их становится больше. Такие вещества используют в составе рабочего тела лазеров и квантовых генераторов.
При переходе между энергетическими уровнями молекулы излучают и поглощают кванты электромагнитного излучения. Если молекула находится в возбужденном состоянии и поглощает квант, соответствующий разности состояний основного и возбужденного, то она тут же переходит в основное состояние, испуская целых 2 кванта, имеющих одинаковую фазу колебаний. В условиях, когда в каждый момент более половины частиц будут в возбужденном состоянии, будет происходить периодическая цепная реакция перехода в основное состояние и испускание большого количества электромагнитных квантов с одинаковой частотой и фазой. В результате такого множественного резонанса колебаний молекул энтропия среды (газа) понижается – возникает квантовая полирезонансная активация (КПРА). Это эквивалентно уменьшению количества степеней свободы молекул газа с 9 до 7.
Так как излучение-поглощение квантов происходит на частоте поглощения активированного газа, оно хорошо поглощается средой (молекулами газа). В итоге, почти вся энергия остается в системе, а потери тепла, например, через стенки цилиндра, уменьшаются. Принцип сохранения энергии работает, но большее количество энергии используется на полезную работу, а не рассеивается.
Физико-химический эффект активации заключается в снижении теплоемкости газовой смеси в цилиндре, вследствие чего увеличивается показатель политропы γ = CP / CV (отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме), так как CP - CV = const (универсальная газовая постоянная).
Для дизельного двигателя КПД≈1-1/rγ-1, где r – степень сжатия. Поэтому увеличение политропы γ приводит к повышению КПД и снижению тепловых потерь. Теоретически, КПД дизеля со степенью сжатия 1:15 при применении активированного топлива можно поднять на 7-8%. На практике можно ожидать снижения расхода топлива на 10-15%, в отдельных случаях до 23-25%.
Инициируется КПРА квантовыми активаторами — специально синтезированными частицами с очень низкими энергиями возбуждения. Для перевода в состояние с пониженной энтропией достаточно одной частицы активатора на миллиард молекул пассивной среды. Активаторы — это соединения кластерного типа, состоящие из однотипных молекул, имеющих особую вторичную структуру и внутренние водородные связи. Эффект резонанса происходит при температуре 6ºС и выше. В частности, в двигателе топливо успевает нагреться и активироваться, пока поступает к цилиндру или карбюратору.
При превышении концентрации активатора эффект КПРА понижается, так как количества квантов излучения недостаточно для возбуждения всех молекул активатора, и резонанса не возникает. При слишком низкой концентрации активатора не хватает интенсивности когерентного излучения от молекул активатора для возбуждения всех молекул среды (газа). Для разных сред и условий существует два концентрационных уровня – нижний и верхний, в пределах которого процесс активации устойчив. Поэтому активаторы требуют точной дозировки.
Для жидких углеводородных топлив используются хорошо растворимые в них активаторы. За счет резонансных явлений скорость распределения активатора в жидкости существенно выше, чем обычная диффузия, поэтому дополнительного перемешивания не требуется. Бензины и дизельные топлива не меняют своих характеристик. Резонансный процесс происходит в камере сгорания и распределяется лишь на газообразные продукты сгорания.
Оксана Зайцева, TUNINX.RU