PILELE KARPEN
legendă şi adevăr ştiinţific


Printre cele cinci mii de exponate ale Muzeului Tehnic din Bucureşti, câteva ocupă un loc special prin faptul că sunt unicate sau au o valoare ştiinţifică deosebită.
Unul dintre aceste exponate „Pilele karpen” aflat în secţia de fizică, a constituit ani de-a rând ppunctul de atracţie pentru vizitatori poate şi datorită unor informaţii apărute în mass-media, afirmându-se că pilele funcţionează de ani de zile fără întrerupere.
Vasilescu karpen, autorul pilelor Karpen, doctor al facultăţii de ştiinţe din Paris în anul 1904, a fost rectorul Institutului Politehnic din Bucureşti în perioada 1920-1940.
Activitatea sa ştiinţifică s-a desfăşurat în cele mai diverse domenii. Astfel, a elaborat o teorie privind zborul păsărilor, a stabilit cauza aderenţei fierului la ciment în beton armat, a explicat presiunea osmotică, a elaborat o teorie privind originea magnetismului terestru, a stabilit rolul fluctuaţiilor în apariţia vieţii, a demonstrat în teza sa de doctorat efectul magnetic al sarcinilor electrice în mişcare, fenomen descoperit teoretic de Rowland dat contestat de lumea ştiinţifică până la apariţia tezei sale de doctorat.
El a calculade de asemenea masa şi energia câmpurilor electrice şi magnetice ajungând la celebra formulă a lui Einstein: EF mc2.
În tratatul său de electricitate suprimă noţiunea de masă magnetică fapt relevat apoi şi de alţi tehnicieni pentru expunerea fenomenelor electromagnetice.
De asemenea elaborează o nouă teorie a propagării energiei prin fire, care se propagă prin energia potenţială a electronilor liberi din interiorul conductorului şi nu prin câmpul electromagnetic din jur, a vectorului Poynting deşi azi propagarea energiei prin vectorul Poynting este unanim acceptată.
Ca şi alţi savanţi români din alte domenii ca Vuia Şi coandă în aviaţie, Gogu Constantinescu în sonicitate, Ştefania Mărăcineanu în radioactivitatea artificială, Vasilescu karpen a depăşit cu mult nivelul cunoşrtiinţelor din epoca sa; el a fost tipul reprezentativ renascentist, care a încercat să cuprindă cu mintea aproape toate domeniile.
Ne vom ocupa mai mult de cercetările lui Karpen în electrochimie, deoarece unele probleme din acest domeniu nu sunt nici astăzi pe deplin elucidate.
Teoria pilelor karpen îşi are originea într-o comunicare făcută la Academia de ştiinţe din paris în 1923. De atunci teoria a fost completată până în anul 1956 când autorul publică în buletinul ştiinţific al secţiei de ştiinţe matematice şi fizice din Bucureşti ultimele rezultate ale cercetărilor asupra pilelor Karpen.
După cum se cunoaşte, este o imposibilitate de a produce lucrul mecanic folosind o singură sursă de căldură de temperatură constantă. În baza acestui principiu s-a clădit impunătorul edificiu al termodinamicii.
Ideea lui Carnot a fost generalizată, declarându-se că prin niciun alt mijloc nu se poate produce energie, folosind o singură sursă de căldură la temperatură constantă. Şi de fapt nimeni nu a încercat (cu excepţia lui Vasilescu karpen) să imagineze un dispozitiv care să scoată energia dintr-o singură sursă de căldură. El s-a gândit să creeze nişte pile, care să primească căldura din mediu transformând-o în energie electrică aşa cum se întâmplă cu toate pilele de concentraţie.
Descriere pilelor
Pila electrică denumită de autor K2 este conţinută într-un tub de sticlă de 7 cm diametru şi 25 cm înălţime.
Electrodul pozitiv este format dintr-o panglică de aur platinat, de 2 m lungime, 6 mm lăţime, 0,04 mm grosime, înfăşurată pe un suport de sticlă.
De o parte şi de alta a electrodului pozitiv se găsesc 2 electrozi identici ca formă cu electrodul pozitiv, panglicile de câte 2 m fiind din aur pur, cu suprafaţă lucie, aşa cum a ieşit din laminor. Aceşti electrozi legaţi în paralel formează electrodul negativ al pilei.
Electrolitul este acidul sulfuric pur care nu atacă aurul sau platina.
tubul conţinând pila este astupat cu un capac parafinat, pentru a feri electrolitul de vaporii şi pulberile din aer.
Pila are o tensiune electromotoare de cca. 350 mV (0,35V),
Pila descrisă mai sus este o pilă de concentraţie cu oxigen. Oxigenul din aer dizolvat în electrolit este absorbit de suprafeţele electrozilor în mod diferit. Platina neagră absoarbe mai mult oxigen decât aurul.
În timpul funcţionării, afirmă Vasilescu karpen, pila împrumută toată energia sa din căldura mediului ambiant, de temperatură constantă.
când pila debitează un coulomb de exemplu, un echivalent electrochimic de oxigen dispare la catod (platină neagră) unde concentraţia e mai mare şi un echivalent apare la anod unde concentraţia este mai mică. Concentraţiile la electrozi tind să se egalizeze, tensiunea electromotoare a pilei scade, iar când concentraţiile devin egale, tensiunea electromotoare a pilei se anulează.
În repaus tensiunea electromotoare a pilei de concentraţie sfârşeşte prin a se anula prin dizolvarea gazului de la un electrod la altul.
La temperatura constantă a mediului, chiar în repaus, pila K2 îşi păstrează tensiunea electromotoare invariabilă. Dar acest fapt infirmă principiul al doile al termodinamicii care exclude existenţa unei maşini de orice fel, producătoare continuă de energie care ar folosi un singur izvor de energie.
Dacă principiul al doilea al termodinamicii nu poate fi contestat, înseamnă că se produce o reacţie chimică între electrolit şi electrozi datorită căreia ia naştere tensiunea electromotoare ce compensează energia produsă de pilă.
Pornind de la faptul că pila K2 este reversibilă, V. Karpen demonstrează lilpsa unor reacţii chimice la acest tip de pilă. El explică apariţia tensiunii electromotoare prin schimbul de electroni între cele două medii în contact.
V. Karpen explică şi mecanismul captării căldurii din mediul ambiant şi transformarea căldurii în energie electrică găsind că fenomenul este analog cu acela produs la destinderea şi comprimarea unui gaz la temperatură constantă.
Pentru a pune în evidenţă energia produsă de pilele Karpen, fizicianul român a construit un micromotor oscilant, aflat de asemenea la Muzeul Tehnic.
Micromotorul are structura unui galvanometru.
Magnetul este destul de puternic producând un câmp de cca.800 gauss (întrefierul 2x4 mm ).
Bobina (cadrul) este susţinut de un fir de bronz de 0,08 mm. Pentru sporirea inerţiei cadrului, acesta e solidar de o vergea de 7 cm lungime având la extremităţi de cca. 3 grame.
Modul de funcţionare al acestui micromotor, pune în evidenţă natura fizică a originii tensiunii electromotoare ale acestei pile.
Pilele Karpen au fost donate în 1978 Muzeului Tehnic de către matei marinescu, membru corespondent al Academiei Române (în prezent decedat) pt. a le repune în stare de funcţiune şi pt. a întocmi foi de observaţii zilnice cu privire la funcţionarea lor.
Sub coordonarea prof. Marinescu pilele au fost restaurate de tehnicianul muzeului , dl Bunilă Gabriel.
Restaurarea a constat în refacerea unuia din vasele de sticlă în care se află electrolitul 8acidul sulfuric) etanşarea vasului cu un capac de asemenea din sticlă, realizarea unor suporţi din sticlă pentru fixarea electrozilor în vasul de sticlă.
Bobina motorului oscilant era întreruptă în 3 locuri. Pt. identificarea punctelor de întrerupere s-a folosit o lupă pt. depanare radio şi aparat de măsură universal tip ohmetru. Întreruperile s-au remediat prin cositorire.
Firul de suspensie era lipsă. S.a folosit fir din Cu în loc de bronz laminat cu O=0,08 mm
Pt. contragreutăţi s-au folosit şaibe groase din alamă, reglabile prin şurub. Echilibrarea s-a făcut prin tatonare.
La mişcarea bobinei în întrefier s-a constatat, în timpul experienţelor, o uşoară frecare, nereuşindu-se o suspendare perfect verticală.
În aceste condiţii după câteva ore de funcţionare, micromotorul oscilant se oprea şi nu s-au putut ţine for de observaţie pt. a se trage concluzii.
Informaţii despre pilele Karpen precum că funcţionează de ani de zile fără oprire continuă să apară în reviste tip magazin, în ţară sau străinătate atrăgând curioşii la Muzeul Tehnic.
O abordare ştiinţifică a aceste probleme a avut loc la al XVI-lea Congres de istoria ştiinţei din anul 1981 ce a avut loc la Bucureşti prin intervenţia prof. G. Valensi de la universitatea Poitiers Franţa care a apreciat că „în ceea ce priveşte pilele K se presupune că este vorba de o, evoluţie chimică a dopajului iniţial a semiconductoarelor care se asamblează. Aceasta nu diminuează cu nimic interesul teoretic al fenomenului de difuzie compensată care implică existenţa electronilor liberi în electrolit.
alţi fizicieni apreciază pilele K ca o „eroare ştiinţifică” şi ca urmare consideră studiul acestora o pierdere de timp.
Dar se cunosc cazuri în istoria ştiinţei când unele invenţii au fost socotite ca născociri ale unor minţi normale.
pentru a se trage concluzii ar trebui:
- măsurători de bilanţ energetic
- montarea întregului ansamblu într-un calorimetru perfect izolat pt. a se constata dacă după o perioadă de debitare a pilei, temperatura mediului a scăzut
- măsuri de mare fineţe pt. a se constata dacă electrozii din aur sau platină au impurităţi şi dacă au loc depuneri de material.
- realizarea motorului oscilant cu o clasă de precizie înaltă.
Lipsa de interes a cercetătorilor pt. pilele K se poate explica şi prin faptul că azi, prin tehnologii mult mai simple şi la un preţ mult mai mic decât pentru producerea pilelor K se realizează pile pentru ceasuri sau calculatoare electronice.