Фундаментальные концепции физики, сформулированные в предыдущем параграфе, — это важнейшие из законов природы, имеющие универсальное значение. Насколько нам известно, из этих физических законов нет исключений и никакие технические изобретения не могут их нарушить. Любая искусственная или естественная система, не подчиняющаяся этим законам, обречена на гибель. На рис. 3.1 на примере превращения путем фотосинтеза энергии Солнца в энергию пищи, происходящего в дубовом листе, иллюстрируется действие двух законов термодинамики.[ ...]
Все разнообразие проявлений жизни сопровождается превращениями энергии, хотя энергия при этом не создается и не уничтожается (первый закон термодинамики). Энергия, получаемая в виде света поверхностью Земли, уравновешивается энергией, излучаемой с поверхности Земли в форме невидимого теплового излучения. Сущность жизни состоит в непрерывной последовательности таких изменений, как рост, самовоспроизведение и синтез сложных химических соединений. Без переноса энергии, сопровождающего все эти изменения, не было бы ни жизни, ни экологических систем. Наша цивилизация — лишь одно из замечательных явлений природы, зависящих от постоянного притока концентрированной энергии. Если бы, потеряв способность добывать и хранить достаточное количество высококачественной энергии, человеческое общество стало закрытой системой, оно в соответствии со вторым законом термодинамики вскоре утратило бы упорядоченность.[ ...]
Когда свет поглощается каким-либо предметом, который при этом нагревается, световая энергия превращается в другую форму энергии — тепловую, т. е. в энергию колебательных и поступательных движений молекул, из которых состоит предмет. В результате неравномерного поглощения солнечных лучей сушей и водой возникают теплые и холодные области, это служит причиной образования воздушных потоков, которые могут вращать ветряные двигатели и выполнять другую работу, скажем поднимать воду насосом против действия силы тяжести (например, из колодца). Итак, в этом случае энергия света превращается е тепловую энергию земной поверхности, а затем в кинетическую энергию движущегося воздуха, которая выполняет работу по подъему воду. При поднятии воды энергия не исчезает, а превращается в потенциальную, поскольку энергию, скрытую в поднятой воде, можно снова превратить в какую-либо другую форму энергии, если дать воде опять упасть в колодец. Энергия, необходимая для создания потока кинетической энергии, называется затраченной энергией. В нашем примере затраченная энергия ветра равна той солнечной энергии, которая этот ветер породила.[ ...]
Как сказано в предыдущих главах, пища, созданная в результате фотосинтетической активности зеленых растений, содержит потенциальную энергию, которая при потреблении пищи организмами превращается в другие формы энергии. Количество энергии в какой-либо форме всегда пропорционально количеству той формы энергии, в которую она переходит; поэтому, зная одну величину, можно рассчитать другую. «Потребленная» энергия на самом деле не расходуется. Она только переводится из состояния, в котором ее легко превратить в работу, в состояние с малой возможностью использования. Бензин в баке автомобиля действительно расходуется, но энергия, содержащаяся в нем, не исчезает, а превращается в формы, уже непригодные для использования в автомобиле.[ ...]
Согласно второму закону термодинамики, любой вид энергии в конечном счете переходит в форму, наименее пригодную для использования и наиболее легко рассеивающуюся. Что касается Солнечной системы, то состоянием полного рассеяния энергии здесь было бы такое состояние, при котором она равномерно распределена в форме тепловой энергии. Этот процесс рассеяния часто называют «старением» Солнечной системы. Характерна ли эта тенденция к энергетическому выравниванию для всей Вселенной, пока неясно.[ ...]
Многие теоретики, например Бриллюэн (ВгШошп, 1949), давно были обеспокоены тем фактом, что сохранение функциональной упорядоченности живых существ как бы опровергает второй закон термодинамики. Илья Пригожин (Prigogine, 1962), получивший Нобелевскую премию за работы по неравновесной термодинамике, разрешил это кажущееся противоречие, показав, что способность к самоорганизации и созданию новых структур может встречаться и встречается в системах, далеких от равновесия н обладающих хорошо развитыми «диссипативными структурами», откачивающими неупорядоченность (ШсоКв, Prigogine, 1977). Дыхание высокоупорядоченной биомассы можно рассматривать как диссипативную структуру экосистемы.[ ...]
Хотя энтропия в узком смысле этого слова связана с энергией этот термин используется и в более широком смысле для обозначения деградации различных материалов. Так, недавно выплавленная сталь — это низкоэнтропийное состояние железа, а ржа-веющий кузов автомобиля высокоэнтропийное. Соответственно для «высокоэнтропийного» человеческого общества характерна деградация энергии, ржавеющая техника, лопающиеся водопроводные трубы и разрушаемая эрозией почва. (А не напоминает ли ваш город эту картину?) Постоянные восстановительные работы — неизбежная плата за цивилизацию с высоким расходом энергии.[ ...]
В табл. 3.3 дано определение основных единиц энергии и приводятся полезные коэффициенты пересчета и величины содержания энергии в различных веществах. Существуют два класса основных единиц: единицы потенциальной энергии безотносительно ко времени (А) и единицы мощности или интенсивности, в определение которых входит время (Б). При пересчетах единиц мощности фактор времени учитывается: так, 1 кВт ч=860 ккал/ч. И разумеется, единицы раздела А при введении фактора времени становятся единицами мощности (например, В1и в час, день или год).[ ...]
Калория (кал) — количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 см3 воды на 1 °С при 15 °С.[ ...]
Килокалория (ккал) — количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 л воды на 1 °С при 15 °С — 1000 кал.[ ...]
Рисунки к данной главе:
Вернуться к оглавлению