VERIFICACIÓN EXPERIMENTAL DE LA NO GENERALIDAD DEL AXIOMA DE KELVIN
Capitulo 1 – Introducción
El experimento descrito en el libro electrónico “Libro inacabado sobre energía ambiental”, que demuestra cómo el axioma relativo a la segunda ley de la termodinámica no tiene validez general, se puede realizar de forma más sencilla, mientras se sigue utilizando el voltímetro electrónico Hewlett-Packard HP3455A empleado con anterioridad.
El primer experimento se realizó llevando la temperatura del horno a unos 500 °C, para reproducir un experimento similar descrito por el académico Philip Hardcastle. En el primer experimento no se consideró apropiado conectar en serie los tubos 3Q4 a través de las correspondientes tomas de conexión, ya que se temía que, a ese nivel de temperatura, el oxígeno atmosférico pudiera comprometer la continuidad eléctrica de las uniones y distorsionar los resultados.
En ese primer experimento, por lo tanto, las conexiones eléctricas necesarias para colocar en serie los tubos termoiónicos 3Q4 se realizaron soldando cables conductores directamente en las patas de los tubos termoiónicos, mediante soldadura con latón (conocida como soldadura fuerte) a temperaturas de aproximadamente 1000 °C.
El método para llevar a cabo el experimento que se describe a continuación evita la necesidad de realizar las soldaduras fuertes con latón antes mencionadas; esta es una primera ventaja, ya que no son tan fáciles de realizar y a menudo provocan la destrucción de los tubos termoiónicos.
En este sentido, consulte los vídeos publicados en el siguiente canal de YouTube:
Capitulo 2 – Implementación práctica del experimento simplificado e instrucciones para replicarlo.
La experiencia ha demostrado que no es necesario aumentar la temperatura del horno hasta 500 °C, ya que se ha visto que las tensiones eléctricas desarrolladas por 24 tubos 3Q4 conectados en serie comienzan a ser medibles a partir de los 200-250 °C de temperatura, y aumentan exponencialmente por encima de 300 °C.
La posibilidad de mantener la temperatura máxima del experimento justo por encima de los 300 °C ha permitido ensamblar 24 tubos 3Q4 utilizando las correspondientes tomas de conexión. Las conexiones internas entre los 24 tubos termoiónicos 3Q4 se realizaron con la técnica de la soldadura blanda basada en una aleación metálica compuesta de estaño, plata y cobre con un punto de fusión de aproximadamente 400 °C.
De esta manera, existe la ventaja añadida de poder demostrar fácilmente que no se ha introducido ninguna trampa o truco, ya que el experimento se puede desmontar de forma sencilla y por completo.
La siguiente imagen muestra el ensamblaje completo de 24 tubos 3Q4.
Imagen
Para mayor brevedad, llamamos «Sistema» a este conjunto de elementos.
En la siguiente imagen se muestra el diagrama eléctrico del sistema.
Imagen
El calentamiento del sistema se puede obtener encerrándolo dentro de un horno. Como alternativa, es posible introducir el sistema entre dos hornillos eléctricos superpuestos.
La siguiente imagen muestra esta última versión, que en realidad se hizo con el propósito expreso de demostrar que no hay ningún truco, ya que se puede inspeccionar fácilmente.
Imagen
Si se prevé mantener el sistema en un dispositivo de calentamiento durante largos periodos de tiempo, es recomendable introducir un pequeño flujo de un gas inerte en el interior del horno, como nitrógeno o dióxido de carbono. Con esta medida se puede evitar la oxidación de los conectores eléctricos de las tomas y de las patas de los tubos termoiónicos. Si esto sucediera, la replicabilidad del experimento se vería comprometida.
Los dos cables conductores que llevan la corriente eléctrica desarrollada por el sistema hasta la entrada del voltímetro deben tener la misma composición, y por lo tanto deben constar de dos tramos tomados de un solo tronco de cable conductor, de cobre o preferiblemente plata (como en el experimento).
Se toma esta precaución para evitar que algunos detractores puedan plantear la hipótesis de que la corriente eléctrica medida no se origina en el fenómeno de emisión termoiónica, sino en el efecto termoeléctrico.
Este efecto ocurre cuando se unen dos cables metálicos de diferente composición y el punto de unión se calienta con respecto al lado opuesto, donde se conecta el voltímetro.
Este efecto no ocurre si los dos cables de metal anteriormente citados tienen la misma composición.
También hay otra razón por la que la potencia eléctrica medida a través de la resistencia de carga no puede ser generada por el efecto termoeléctrico: los dos cables metálicos que hemos comentado no están en contacto mutuo en los tubos termoiónicos, sino que están separados por 24 secciones de vacío neumático, lo que constituye una segunda razón por la que se evita que se produzca el efecto termoeléctrico.
Finalmente, la potencia eléctrica medida a través de la resistencia de carga aumenta a medida que aumenta el número de tubos conectados en serie. Esto demuestra definitivamente que el efecto termoeléctrico no puede ser la causa de la generación de la corriente eléctrica que transita por el interior de la resistencia de carga.
Si se utiliza un hornillo eléctrico con resistencia de calentamiento visible para llevar el sistema a 300 °C (como el que se utilizó), se debe interponer una malla metálica conectada a tierra entre el dispositivo de calentamiento y el sistema, para amortiguar el ruido eléctrico procedente de la red.
Capitulo 3 – Reducción del ruido eléctrico
El sistema se ha conectado con la resistencia de carga y con el voltímetro por medio de dos cables conductores, que pueden verse afectados por ruidos eléctricos; se han reducido estos ruidos al mínimo con las medidas aquí descritas.
El sistema consta de 24 tubos agrupados entre dos discos metálicos, que actúan como pantalla eléctrica. Uno de los dos cables conductores mencionados anteriormente está conectado eléctricamente al filamento del primer tubo 3Q4 y también a los dos discos metálicos, y el conjunto está conectado a tierra. En cambio, el segundo cable conductor está conectado a la rejilla de control del último tubo 3Q4 de la serie.
Con esta disposición, no es conveniente usar la entrada del voltímetro HP3455A que está equilibrada con respecto a tierra (la de la izquierda); es mejor usar la no equilibrada (la de la derecha).
El cable conectado a tierra se ha utilizado como una pantalla electrostática para el otro cable metálico. Este apantallamiento se ha realizado envolviendo, con un tramo bastante largo (por ejemplo: 5-8 cm), el cable conectado a tierra alrededor del otro cable; de esta manera se ha aislado el segundo cable eléctricamente del primero mediante una funda de lana de roca. Este cable puede conducir cargas negativas hasta la entrada sensible del voltímetro.
La resistencia de carga se ha soldado directamente entre los dos cables, para que se corresponda con la toma no equilibrada del voltímetro.
Capitulo 4 – Descripción del funcionamiento
La presencia de la resistencia de carga es esencial, ya que el propósito del experimento es comprobar que la resistencia de carga se calienta a causa de la corriente eléctrica que la recorre y que viene generada por los tubos termoiónicos.
Cuando el voltímetro electrónico detecta una tensión distinta de cero en los extremos de la resistencia de carga, esta resistencia debe calentarse, aunque muy ligeramente, de acuerdo con la conocida fórmula
P=V2/R
Donde P es la potencia térmica (expresada en vatios) que desarrolla la corriente eléctrica dentro de la resistencia R (expresada en ohmios), a través de la cual se mide la tensión V (expresada en voltios).
Algunos detractores podrían argumentar que el sistema descrito no permite que la temperatura sea uniforme dentro del horno y que, por lo tanto, el experimento no demuestra la violación del axioma de Kelvin. Se puede responder a esta observación de manera muy simple: en primer lugar, el axioma de Kelvin no se refiere a sistemas con temperatura uniforme.
En segundo lugar, incluso si hubiera diferencias de temperatura entre las partes de los tubos termoiónicos, el axioma de Kelvin se sigue violando en el momento en el que el sistema genera corriente eléctrica continua.
De hecho, no existe ningún otro fenómeno físico, aparte del efecto termoeléctrico, que sea capaz de permitir que un tubo termoiónico genere espontáneamente corriente eléctrica continua. Por lo tanto, las partes más frías de un tubo termoiónico solo pueden contribuir a la producción de electricidad en menor medida que las partes más calientes. En otras palabras, las partes más frías de los filamentos de los tubos termoiónicos emiten flujos de electrones de menor intensidad que las partes más calientes, y la única explicación que queda, para mantener el principio de conservación de la energía, es que los filamentos de los tubos 3Q4 pasan espontáneamente a estar más fríos que el entorno circundante debido al hecho de que el sistema genera corriente eléctrica.
Con respecto a la validez del experimento, la influencia de las posibles diferencias de temperatura se puede poner en evidencia al señalar que al aumentar el aislamiento térmico del sistema, la potencia generada permanece sin cambios o incluso aumenta.
Finalmente, como se describe en el libro electrónico que hemos mencionado anteriormente, el experimento tuvo éxito utilizando un grupo de ocho tubos 3Q4 encerrados dentro de un cilindro de aluminio de 20 mm de espesor, rodeado por una resistencia eléctrica casi incandescente. Por lo tanto, las diferencias de temperatura en el interior del cilindro de aluminio debían ser muy pequeñas e insignificantes.
Capitulo 5 – Resultados
Al alcanzar la temperatura final, cercana o ligeramente superior a los 300 °C, se reguló el dispositivo de calentamiento (en realidad disminuyó), mediante un variador electrónico (tipo «light dimmer»), con el fin de mantener constante la temperatura, y se midió la tensión en los extremos de la resistencia a intervalos temporales. Se ha constatado que la tensión medida se mantiene constante mientras que la temperatura permanece constante.
Se ha observado que cuando la temperatura del horno aumenta a partir de la temperatura ambiente, los valores de tensión medidos son extrañamente positivos y adquieren valores fluctuantes. Superados un tiempo y una temperatura determinados, estos valores pasan a ser permanentemente negativos, según la previsión teórica.
En cuanto a los posibles positivos anómalos antes mencionados, se debe tener en cuenta que los tubos termoiónicos no han sido diseñados para funcionar en ausencia de alimentación eléctrica, ni siquiera para calentarse por encima de los 300 °C, por lo que es razonable esperar algún comportamiento anómalo o que no tenga explicación por el momento.
Este segundo método de ejecución del experimento se repitió varias veces, durante muchos días, incluso encendiendo y apagando el dispositivo de calentamiento. Los resultados obtenidos demuestran que se viola el axioma de Kelvin. De hecho, las tensiones de 1 MOhm medidas en los extremos de la resistencia de carga conectada con la rejilla y la placa se mantienen permanentemente negativas alrededor de 5-10 mV, cuando la temperatura supera los 250-320 °C, mientras que, si el axioma tuviese también validez para el sistema, en los extremos de la resistencia de carga la potencia eléctrica medida siempre debería permanecer igual a cero.
Un observador ingenuo podría argumentar que para obtener como resultado unos pocos mV en 1 MOhm, se utilizaron dos hornillos eléctricos (que generalmente tienen una potencia máxima de al menos 1 kW cada uno), y que en definitiva solamente se ha conseguido derrochar una gran cantidad de energía. Sobre todo porque no existe una temperatura de 300 °C en la superficie de la Tierra.
Esto es cierto, pero el propósito del experimento no es producir más energía de la que se usa, sino demostrar que un principio físico no tiene validez general.
Ahora supongamos que podemos llevar a cabo el experimento en el planeta Venus, o mejor aún, en alguna zona en penumbra de Mercurio, un planeta en el que la temperatura ambiente máxima detectable derrite el plomo e incluso otros elementos.
También en esos lugares debería tener validez el axioma de Kelvin. Por otro lado, en estos planetas no necesitaríamos hornillos, sino que simplemente podríamos ensamblar nuestro sistema y realizar el experimento para ver cómo se viola el axioma de Kelvin sin tener que disipar energía (suponiendo que tuviéramos un voltímetro capaz de resistir esas condiciones). Desafortunadamente, en la Tierra esto no se puede hacer aprovechando el fenómeno de emisión termoiónica, aunque también aquí podríamos verificar la no generalidad del axioma incluso a temperatura ambiente, siempre que se utilicen tecnologías mucho más sofisticadas.