Задумывался ли ты, когда кипятишь воду в чайнике, куда тратится энергия, которую ты подводишь, зажигая газовую плиту, или включая в сеть электроплитку, или подкладывая дрова в печь? Что происходит с энергией? Если у тебя электроплита, ты, конечно, не забываешь, что счетчик крутится быстрее и тебе придется больше платить за электроэнергию, которую ты затратишь. Если у тебя газ, то ты сжигаешь его и тоже тратишь его в том или другом количестве. Если у тебя печь, то ты тратишь дрова или уголь. Мы часто привычно говорим: «Мы тратим энергию». Часто слышим о потерях энергии, о тепловых потерях, о расходе энергии. Но так ли все просто? Давайте посмотрим на эти слова по-другому. Вот вы согрели чайник и забыли о нем. Он закипел, точнее, вода в нем закипела и постепенно выкипает. Значит, практически все тепло, которое Вы подводите снизу, затрачивается на то, чтобы выпаривать воду. Пары воды затем конденсируются, при этом выделяется тепло, которое нагревает комнату. Еще небольшая часть тепла уходит через стенки чайника и тоже затрачивается на нагрев комнаты. А если чайник хорошо изолировать, то об этой части «расхода» тепла можно забыть. Так что же получается? Выходит, мы тепло не затрачиваем вообще. Сколько мы его подвели к чайнику, ровно столько мы его и отвели. Собственно, иначе и быть не могло. Ведь Первый Закон термодинамики еще никто не отменял, как и прочие Законы природы.
А ведь, казалось бы, можно было бы поставить над первым чайником второй чайник и вскипятить его за счет тепла паров, выходящих из первого чайника. В таком случае можно было бы над вторым чайником водрузить и третий, а над ним четвертый и так до бесконечности. Что же из этого следует? Выходит, если принять всерьез все написанное выше, то мы на самом деле не только не тратим энергию, но и не можем потратить, даже если бы очень захотели при всем нашем разгильдяйском, бесхозяйственном к ней отношении. К сожалению, все далеко не так просто. Парами из первого чайника вы сможете только подогреть второй чайник (что тоже полезно), но никак не вскипятить воду в нем. Ведь вода кипит при 100 градусах, а пары из носика первого чайника выходят тоже при 100 градусах. А надо бы чтобы эта температура была бы хоть чуть-чуть повыше. Но этого «чуть-чуть» нет и быть не может. Это одно из бесчисленных следствий Второго Закона.
Энергию мы действительно не теряем. Мы теряем нечто другое, казалось бы, не очень осязаемое. В данном примере «потеряна», если можно так выразиться, температура. Температура горячей плиты или горящего газа всегда выше, чем температура кипящей воды. В итоге мы потеряли то, что часто называют «качество энергии ».
Выражаясь другим, более точным, языком, мы потеряли работоспособность энергии, ее способность производить полезную работу. И еще иначе — уменьшилась «пригодность» энергии. Уже несколько десятилетий во всем мире права гражданства получил термин «эксергия», отражающий эту самую пригодность, работоспособность. Эта величина учитывает и количество, и качество энергии. Когда Вы греете и кипятите воду, ее работоспособность увеличивается. Но при этом уменьшается работоспособность той энергии, которая подводится для нагрева и кипячения. И, к сожалению, баланс всегда не в нашу пользу!
Эксергия — предельное (наибольшее или наименьшее) значение энергии, которое может быть полезным образом использовано (получено или затрачено) в термодинамическом процессе с учётом ограничений, накладываемых законами термодинамики;
та максимальная работа, которую может совершить макроскопическая система при квазистатическом переходе из заданного состояния в состояние равновесия с окружающей средой (эксергия процесса положительна), или та минимальная работа, которую необходимо затратить на квазистатический переход системы из состояния равновесия с окружающей средой в заданное состояние (эксергия процесса отрицательна).
Разность между изменением энергии в процессе и эксергией процесса, то есть та часть энергии, которая не может быть преобразована в эксергию, носит название анергии.
Из закона сохранения энергии следует, что при любом преобразовании энергии сумма эксергии и анергии процесса остаётся неизменной.
Сравнивая эксергию — характеристику идеального квазистатического процесса — с полученной/затраченной в реальном неравновесном процессе энергией, делают вывод о степени термодинамического совершенства процесса.
В отличие от энергии, эксергия и анергия зависят не только от параметров системы, но также от параметров окружающей среды и характеристик рассматриваемого процесса, то есть и эксергия, и анергия не являются параметрами состояния системы, а представляют собой параметры процесса, совершаемого системой, и следует говорить об эксергии процесса и анергии процесса.
Качество применимо к энергии Эксергией принято называть качественную степень возможности энергии любого типа производить работу в окружающей среде (приставка «ех» – из латинского externus, т. е. внешний, – «работа», по-гречески). С этой точки зрения понятно, что расплавленный металл электрода при электросварке имеет исключительно высокую эксергию, чуть теплые канализационные стоки от предприятия – низкую, выбрасываемый вентиляторами теплый воздух из цехов – пренебрежимо малый эксергетический потенциал. Тепло в каждом из указанных потоков может быть при этом абсолютно одинаковым по количеству, но технико-экономическая ценность – совершенно разной.
Привести пример из социальной сферы – распространение слухов на большом предприятии может нанести меньший вред, чем организованная агрессивная толпа из 30 человек.
Кто самый эксергограмотный?
Как только в маленькой Австрии поняли, что эксергия имеет не столько теоретическое, сколько практическое значение, так в 1956 году впервые в мире составили «Эксергетический баланс страны», где разнообразные вторичные энергоресурсы изначально учитывались с качественными оценками на предмет потенциала и целесообразности их утилизации. Своим рациональным умом они верно определили: зачем напрягать инженеров в вопросах, польза от решения которых близка к знаменитому пшику?
Спустя 10 лет после совпадения теории с практикой на примере целой страны, системно исследовали вопрос польские ученые Я. Шаргут и Р. Петела. В их оценке, принятой впоследствии всем миром, исходное органическое топливо и электроэнергия – это субстанции с эксергией наивысшего качества (100%), способные производить любую механическую работу, для которой потребна только эксергия. Именно работоспособность столетиями ценилась во всех странах, вначале – при оценке работников и тягловых животных, впоследствии – при оценке машин различного направления.
По Емелиному хотенью
Более 800 лет многие безуспешно пытались создать вечный двигатель (Perpetuum Mobile artificae), с целью получить дармовую работу как следствие необычного технического решения. Природа доказала тщетность изобретательских усилий, так как за полезно совершаемую работу всегда приходится чем-то платить в увеличенных размерах. Поэтому коэффициент полезного действия (КПД) любой машины всегда меньше единицы, а экономическая эффективность возникает только от системы «человек – машина – общество» в целом.
Для правильного решения социальных вопросов недостаточно одного знакомства с политическими учениями, но... нужно еще уметь правильно читать в книге природы....Нельзя утилизировать полностью рассеянную энергию: это значит, что она обесценивается или вырождается процессами природы. Процессы, возникающие вместо исчезнувших, обладают меньшей работоспособностью, их свободная энергия меньше. Причина необратимости процессов природы и обесценивания энергии заключается в том, что крупные и интенсивные движения размениваются на более мелкие и медленные, переходящие постепенно в незримо малые, хаотические, неупорядоченные, нестройные движения частиц материи. Конечный результат всех процессов мертвой природы — увеличение нестройности или, как говорят, рост энтропии.
Н. А, Умов, 1906 г.
Объяснение того, почему считается, что для успешной реализации планов нужно как можно меньше о них рассказывать – энергия уйдет на обсуждение, а не на решение.
Понятие эксергии жизни, чем она отличается от энергии жизни