Термодинаміка й заощадження енергії

ЧАСТИНА І. ВСТУП

РОЗДІЛ 1

Перший закон термодинаміки (Закон збереження енергії) стверджує, що в будь-якій ізольованій системі енергія¹ зберігається. Вчений-фізик Джоуль (дослід Джоуля) [4] зміг нагріти воду в ізольованій посудині перемішуванням, за допомогою електричного струму, охолодженням стисненого газу, а також використовуючи тертя і визначити при цьому кількісні характеристики. Отож він встановив, що енергія, яка виділяється гідравлічною, пневматичною, електричною й механічною системами, може перетворюватися в теплоту².

Якщо енергія не втрачається, то як її може бракувати? Насправді енергії не бракує - її завжди є удосталь, хоча лише мала частина її знаходиться у формі, придатній для використання. Будемо вважати Землю ізольованою системою, хоча вона такою не є тому, що поглинає енергію випромінювання Сонця і одночасно випромінює в космічний простір. Всі викопні палива, що зберігаються в Землі, у будь-який момент являють собою запас високопотенційної енергії, яку можливо виділити спалюванням. Якщо б всі викопні палива згоріли, то сумарна енергоємність Землі, розглянутої як ізольованої системи, не змінилася б, оскільки температура довкілля підвищилася б на величину, відповідну виділеній енергії викопних палив. Ми витратили б увесь запас високопотенційної енергії тільки на підвищення температури довкілля і, фактично не втративши енергії, стали б "енергетичними банкрутами".

Енергія на рівні довкілля практично не доступна для виконання роботи. У холодний зимовий день повітря при температурі ЗО°С придатне для використання, оскільки цим повітрям можливо обігрівати будинок. Але в теплий літній день енергія того ж повітря буде марнуватися тому, що воно перебуває в енергетичній рівновазі з довкіллям. Отже, цінність конкретної форми енергії визначається її рівнем (температурою) стосовно довкілля. Холодну воду при температурі 4°С можливо використати для охолодження, тоді як гарячу воду з температурою 50°С можливо використати для прання, але якщо їх змішати - суміш виявиться майже марною.

Отож, необхідно визначити термін "економія енергії" так, щоб він мав сенс для наших досліджень у цьому напрямку. Ми можемо прагнути до "економії палива" і така термінологія задовольнить більшість наших критеріїв. Але для кількісного опису досліджень, спрямованих на економію енергії, необхідний загальний критерій, який стосується всіх видів енергії - палива, електрики, пари, сонячного

Енергія (з грец. ene'rgia - дія, діяльний) — загальна кількісна міра різних форм і руху матерії. Енергія не виникає ні з чого і нікуди не зникає, вона може тільки переходити з одного виду в інший (закон збереження енергії). Поняття енергії зв'язує всі явища природи в одне ціле. [5]

Теплота або кількість теплоти — енергетична характеристика процесу теплообміну, визначається кількістю енергії, яку одержує(віддає) тіло (фізична система) в процесі теплообміну. На відміну від внутрішньої енергії теплота - функція процесу: кількість переданої тілу теплоти залежить не тільки від того, які початкові та кінцеві стани тіла, але також і від виду процесу. [5]

випромінювання тощо. Цей загальний критерій можливо одержати з термодинаміки Застосовуючи другий закон термодинаміки, можливо оцінити корисність будь-якого виду й рівня енергії. Більше того, можливо визначити ефективність використання цієї енергії й знайти спосіб його поліпшення.

Хоча можливо кількісно описати процес перетворення роботи в теплоту зробити зворотне досить важко. Другий закон термодинаміки стверджує, що теплоту неможливо повністю перетворити в роботу в замкнутому циклі (тобто деякі кількість теплоти залишиться не перетвореною). Причина такого обмеження полягає в тому, що можливо досягти рівноваги тільки в результаті перетворення теплоти або маси від високого енергетичного рівня до низького. Ці співвідношення можна найкраще оцінити ввівши поняття ентропії³ й ексергії⁴.

Дата добавления: 2015-12-07