57. Первый и второй законы термодинамики.

Энергия – движущая сила любого производства. Валовое производство первичной энергии складывается из производства химической энергии, накопленной в ископаемом топливе – угле, нефти, природном газе, кинетической энергии падающей воды и ядерной энергии. Измеряя энергию, переходящую из одного вида в другой, ученые не смогли обнаружить возникновения или исчезновения энергии ни при каких физических процессах, ни при химических реакциях, а только ее превращение из одной формы в другую.

В результате был сформулирован закон сохранения энергии, известный также как первый закон термодинамики. При любых физических или химических взаимодействиях, при любом перемещении вещества из одного места в другое, при любом изменении температуры энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одного вида в другой. Другими словами, энергия, полученная или затраченная какой-либо живой или неживой системой любым изучаемым материальным объектом, - должна быть равна той энергии, которую одновременно получила от системы или отдала ей окружающая ее среда.

Множество опытов, проведенных учеными, показали, что в процессе любого превращения энергии из одного вида в другой всегда происходит снижение качества энергии или уменьшается количество полезной энергии. Все, что мы наблюдаем в природе, кратком виде сформулировано во втором законе термодинамики: при любом превращении энергии из одного вида в другой некоторое количество первично полученной полезной энергии переходит в менее качественную, менее полезную энергию, которая обычно рассеивается в окружающей среде в виде низкотемпературного тепла. Энергия низкого качества, обладающая высокой энтропией, рассеяна настолько, что неспособна выполнять полезную работу.

Рассмотрим пример второго закона термодинамики в действии. Когда движется автомобиль, в механическую энергию, приводящую его в движение, и электрическую энергию всех его систем превращается всего лишь около 10% получаемой при сгорании бензина высококачественной химической энергии. Остальные 90% в виде бесполезного тепла рассеиваются в окружающей среде и, в конечном счете, теряются в космическом пространстве.

пример При производстве, преобразовании, передаче и конечном использовании энергии могут возникнуть серьезные проблемы, связанные с защитой окружающей среды. Так, например, при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях излучение энергии в окружающую среду вдвое превышает количество используемой электроэнергии. При этом кроме «теплового загрязнения», электростанции выбрасывают в атмосферу летучую золу, двуокись серы и другие загрязнители. Разработка залежей угля для питания электростанций так же, как и линии электропередачи, нарушает естественный ландшафт.

Итак, преобразование энергии в более удобную для использования форму неизбежно сопровождается определенными ее потерями. Используя законы термодинамики, можно объяснить природу этих потерь и произвести их количественную оценку. Это в свою очередь дает нам возможность составить энергетический баланс любой системы или процесса.