В замкнутом объеме броунское движение газа симметрично относительно осей x, y и z. Молекулы (атомы) газа на длине свободного пробега движутся по прямым линиям. сила тяжести в расчет не принимается. После столкновения с соседними молекулами, или со стенками сосуда, создающими замкнутый объем, они резко изменяют направление дви­жения. от многочисленных столкновений не­которые молекулы ускоряются, а некоторые затормаживаются. Распределение молекул по скоростям описывает закон Больцмана.

Если просуммировать все движения мо­лекул по осям, то результирующий импульс будет равен нулю. Это и есть симметрия броунского движения. Молекулы дрейфуют в замкнутом пространстве вокруг центра со­суда, при этом молекулы не совершают по­лезной работы. Нагревая сосуд внешним ис­точником тепловой энергии, мы увеличиваем скорость молекул в сосуде. Соответственно будет увеличиваться температура газа, на­греваемого от стенок сосуда, внутри зам­кнутого пространства повышается давление, но симметрия броуского движения не изме­няется. Результирующий импульс остается равным нулю. Подведенная тепловая энергия преобразуется в более быстрое движение молекул, как следствие, повышается давле­ние и температура.

Максвелл предложил очень интересную идею: выпускать в другой сосуд более бы­стрые молекулы. Этот сосуд нагреется до бо­лее высокой температуры, а сосуд, из кото­рого выпустили быстрые молекулы, остынет. За счет образовавшейся разности темпера­тур в сосудах можно совершить полезную работу. Это явление получило название в науке демон Максвелла. Второй закон тер­модинамики запрещает получение полезной работы таким путем. По мнению ученых, не­возможно создать механизм, открывающийся для более быстрых молекул.

В природе такой механизм существует: быстрые молекулы поднимаются в атмосфе­ре Земли на большую высоту, преобразо­вывая кинетическую энергию в потенциаль­ную. Преодолев силу тяготения Земли, пары воды охлаждаются и превращаются в воду. За счет сконденсировавшейся воды проис­ходит орошение полей, люди получают пресную воду, образуются мощные реки и озера. Вода вырабатывает электрическую энергию. Демон Максвелла работает для блага всего населения Земли. Ученые заявляют, что та­кое возможно только в открытой системе, а в замкнутой системе разделить молекулы по скоростям невозможно.

В существующих термодинамических ци­клах в замкнутом объеме, котле, создается за счет подвода тепла высокое давление. Здесь не происходит смещение броунского движения, но если выпустить газ (пар) в соп­ло, то его можно разогнать до очень высо­ких скоростей. Избыточное давление в котле преобразуется в кинетическую энергию пара. Симметрия движения молекул нарушена, те­перь пар движется по оси х, а не вокруг не­подвижного центра. Молекулы продолжают совершать хаотические движения в потоке пара, но теперь они движутся по синусои­де. Пар получил импульс mV, который можно преобразовать в полезную работу. По оси х произошло смещение броунского движения.

Коэффициент полезного действия такой машины не очень высокий, не более сорока пяти процентов. Дело в том, что кинетическая энергия молекул преобразовалась только по оси х. По оси у и z броунское движение со­храняется, а суммарный импульс по этим осям равен нулю. На разгон молекул по оси у и z затрачивается в котле огромная энергия, ко­торая не используется в создании механи­ческой работы. Эта энергия сбрасывается в холодильник (конденсатор), именно поэтому к.п.д. тепловой машины составляет примерно одну треть всей подведенной энергии. С уве­личением температуры и давления пара в кот­ле, импульс по оси х увеличивается, но в тоже время увеличивается энергия пара по оси у и z, которая сбрасывается в холодильник.

Если поток пара развернуть в плоскости вокруг оси параллельной оси у, то все мо­лекулы, движущиеся по оси z, попадают в общий поток после разворота на девяносто градусов. Теперь уже вращающийся поток имеет момент количества движения  mVR, где R радиус вращения потока пара. Скорость движения пара совпадает со скоростью вра­щения ротора, поэтому пар становится не­подвижным относительно вращающегося ротора.   Возникающие   центробежные   силы прижимают пар к периферии ротора. Молеку­лы, движущиеся по оси у, тоже будут прижа­ты к периферии ротора. По распределению Больцмана молекулы с низкими скоростями начнут сжижаться.

Вращающийся ротор разделен на сегмен­ты перегородками, направленными к оси вра­щения. Молекулы пара, движущиеся по пере­городкам к оси вращения, будут сжиматься силой Кориолиса. За счет кинетической энергии они продвигаются к оси вращения, но при этом их скорость уменьшается. Энер­гия расходуется на преодоление центробеж­ной силы и создание вращающего момента ротору. Молекулы, движущиеся к периферии, будут прижаты силой Кориолиса к противо­положной стенке сегмента. Они также будут сжиматься, но при этом разгоняться за счет центробежной силы. Энергия этих молекул выделится в жидкость на периферии, под­держивая ее бурное кипение.

В центральной полости сегмента образу­ется область пониженного давления. Отпада­ет необходимость в создании максимального давления пара. современные сверхпрочные материалы позволяют создать окружную скорость на периферии ротора до одной ты­сячи метров в секунду. Давление пара в кот­ле должно быть таким, чтобы разогнать пар в сопле до этой окружной скорости. Затем пар попадает в область сегмента с пониженным давлением, где сжимается на перегородке до максимального давления. Во вращающейся системе ротора происходит смещение броунского движения по оси у и z.

Смещение броунского движения молекул происходит значительно легче в области тем­пературы близкой к точке конденсации жид­кости. Уже при разгоне пара в сопле часть его превращается в жидкость. Во вращающейся системе эта жидкость оседает на периферии ротора. Остальная часть пара конденсирует­ся за счет испарения быстрых молекул. Они вылетают через ось вращения и отдают свою энергию ротору, а также за счет отвода теп­ла в холодильник посредством теплообмена через стенки ротора. При конденсации пара выделяется энергия межфазового перехода. В жидкости также имеется броунское движе­ние молекул, но при низкой температуре эта величина незначительная.

Через сопла 5 в сегменты ротора пода­ется влажный отработанный пар от турбины низкого давления. Через сопла 7 в те же сег­менты подается перегретый пар с максималь­но высокой температурой в 1200-1400 граду­сов Цельсия. Давление пара, создаваемое в котле и оставшееся после турбины низкого давления, так называемое противодавление, необходимо для разгона до окружной скорости ротора и преодоления сопротивление входа пара в сегменты. Эта величина давле­ния значительно меньше, чем создаваемые давления в современных котлах. Перегретый пар вызывает резкое испарение жидкости, в результате чего он смешивается с испаряю­щейся жидкостью, превращая ее в сухой пар. В сегменты перегретый пар попадает порци­ями, вызывающими волну потока, движущую­ся к оси вращения. Волна, приближающаяся к оси вращения, затормаживается. В сегмент попадает новая порция перегретого пара. Образуется следующая волна пара, которая догоняет предыдущую волну, и оказывает на нее давление.

Испарение жидкости происходит в на­правлении к оси вращения ротора. Процесс испарения пара является строго направлен­ным движением молекул, образующимся за счет энергии броунского движения молекул в жидкости. При испарении пар получает им­пульс mV, за счет которого он преодолева­ет центробежную силу и выкатывается через ось вращения ротора. Основную энергию пар выделяет в виде вращающего момента в ро­тор, при этом он остывает. Из ротора пар вы­водится с некоторым остаточным давлением, за счет которого он снова разгоняется и по­падает в ротор. Процесс испарения молекул является направленным движением пара, а это также смещает броунское движение в сторону упорядоченного движения.

Незначительная часть энергии, отведен­ная от ротора, сбрасывается в стационарный конденсатор, где охлаждается наружным воз­духом. Из описанного процесса видно, что смещение броуского движения происходит по всем трем осям x, у и z. Жидкость испаря­ется в нужном направлении к оси вращения ротора. Описанные процессы позволяют упо­рядочить броунское движение, создавая при этом максимально возможный коэффици­ент полезного действия тепловой машины. В существующих паровых турбинах броунское движение по осям у и z не используется для преобразования в механическую работу, а энергия сбрасывается в холодильник. В предложенном устройстве энергия преобра­зовывается по всем трем осям.

На описанный тепловой двигатель выдан Российский патент ¹ 2084643, зарегистри­рованный в Государственном реестре изо­бретений от 20 июня 1997г. Этот двигатель позволит эффективнее использовать подве­денную тепловую энергию. При тех же за­тратах энергоносителей можно выработать в два и более раз механической, или элек­трической энергии.