Фундаментальные концепции связанные с энергией

Энергию определяют как способность производить работу. Свойство энергии описывается следующими законами. Первый закон термодинамики гласит, что энергия может переходить из одной формы в другую, но не создается заново и не исчезает. Свет, например, есть одна из форм энергии, так как его можно превратить в работу, тепло или потенциальную энергию пищи, но энергия при этом не пропадает. Второй закон термодинамики формулируется по-разному, в частности таким образом: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную (к примеру, тепло горячего предмета самопроизвольно стремится рассеяться в более холодной среде). Второй закон термодинамики можно сформулировать и так: поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой энергии, эффективность самопроизвольного превращения кинетической энергии (например, света) в потенциальную (например, энергию химических соединений протоплазмы) всегда меньше 100%.[ ...]

Важнейшая термодинамическая характеристика организмов, экосистем и биосферы в целом — способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т. е. состояние с низкой энтропией (энтропия — мера неупорядоченности, или количества энергии, недоступной для использования). Система обладает низкой энтропией, если в ней происходит непрерывное рассеяние легко используемой энергии (например, энергии света или пищи) и превращение ее в энергию, используемую с трудом (например, в тепловую). Упорядоченность экосистемы, т. е. сложная структура биомассы, поддерживается за счет дыхания всего сообщества, которое как бы «откачивает из сообщества неупорядоченность».[ ...]

Год за годом солнечное излучение распространяется в космическом пространстве. Какая-то часть этого излучения попадает на Землю, проходит через пленку атмосферы и льется на леса, луга, озера, океаны, возделанные поля, пустыни, теплицы, ледники и на многие сотни других экологических систем, покрывающих нашу планету и входящих в состав ее биосферы. Когда свет поглощается предметом, который при этом нагревается, световая энергия превращается в другую форму энергии— тепловую, т. е. в энергию колебательных и поступательных движений молекул. 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. Итак, в этом случае энергия света превращается в тепловую энергию земной поверхности, а затем в кинетическую энергию движущегося воздуха, которая выполняет работу подъема воды. 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. 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 одно, можно рассчитать другое. Например, если мы знаем количество поглощенной телом световой энергии и переводные коэффициенты, то можем определить, сколько тепловой энергии получило тело.[ ...]

Как следует из второго закона термодинамики, любой вид энергии в конечном счете превращается в тепло — форму энергии, наименее пригодную для превращения в работу и наиболее легко рассеивающуюся. Что касается Солнечной системы, то состоянием рассеяния энергии здесь было бы такое состояние, при котором она равномерно распределена в форме тепловой энергии. Предоставленная самой себе, энергия при любых превращениях стремится перейти в тепло, равномерно распределенное между телами, которые, следовательно, имеют одинаковую температуру. Часто говорят, что эта тенденция ведет к «старению» Солнечной системы. Характерна ли эта тенденция к энергетическому выравниванию для всей Вселенной, пока неясно.[ ...]

Второй закон термодинамики, трактующий о рассеянии энергии, связан с принципом стабильности. Согласно этой концепции, любая естественная замкнутая система с проходящим через нее потоком энергии, будь то Земля или какая-то небольшая система, например озеро, склонна развиваться в сторону устойчивого состояния, и в ней вырабатываются саморегулирующие механизмы. В случае кратковременного воздействия на систему извне эти механизмы обеспечивают возврат к стабильному состоянию (подробнее об этом см. в гл. 2). Когда устойчивое состояние достигнуто, перенос энергии обычно идет в одном направлении и с постоянной скоростью, что соответствует принципу стабильности.[ ...]

Э. Шредингера (1945), следующим образом связывает принципы термодинамики с экологией.[ ...]

В любой сложной системе реально существующего мира первостепенную важность имеет поддержание процессов, идущих против температурного градиента. Как показал Шредингер, для поддержания внутренней упорядоченности в системе, находящейся при температуре выше абсолютного нуля, когда существует тепловое движение атомов и молекул, необходима постоянная работа по выкачиванию неупорядоченности. В экосистеме отношение общего дыхания сообщества к его суммарной биомассе (R/B) можно рассматривать как отношение затрат энергии на поддержание жизнедеятельности к энергии, заключенной в структуре, или как меру термодинамической упорядоченности. Это «соотношение Шредингера» служит мерой экологического оборота (это понятие введено в гл. 2, стр. 28). Если выразить R и В в калориях (единицах энергии) и разделить их на абсолютную температуру, то отношение RIB становится отношением прироста энтропии (и соответствующей работы), связанного с поддержанием структуры, к энтропии упорядоченной части. Чем больше биомасса, тем больше затраты на поддержание; но если размер единиц, на которые поделена биомасса (отдельных организмов, нацример) достаточно велик (скажем, это деревья), то затраты на поддержание процессов, идущих против температурного градиента, в пересчете на структурную единицу биомассы будут ниже. Один из интенсивно дискутируемых сейчас теоретических вопросов — стремится ли природа довести до максимума отношение «структурного» метаболизма к «поддерживающему» (см. Маргалеф, 1968; Моровиц, 1968) или же это относится к самому потоку энергии.[ ...]

Читателю будет полезно подробно ознакомиться с единицами энергии. Ниже мы приводим основные единицы, коэффициенты пересчета, величины содержания энергии в различных веществах и т. д. (табл. 3).[ ...]

Калория (кал) — количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г (1 мл) воды на 1 °С при 15 °С Килокалория (ккал) —1000 кал (количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 кг (1л) воды на 1 °С при 15 °С Британская тепловая единица (В. и.)—количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1°Р=252 кал = 0,252 ккал Джоуль (Дж)=0,24 кал=107 эрг=0,74 фут-фунта=0,1 кгм.[ ...]

Вернуться к оглавлению


Рекомендуем посмотреть ещё:


Закрыть ... [X]

Баня своими руками. Устройство пола бани BuilderClub Цветок сакуры мастер класс фоамиран



Фундаментальные концепции связанные с энергией Бежевый жилет-сетка ВЯЗАНИЕ спицами и крючком
Фундаментальные концепции связанные с энергией Бизиборд для мальчика своими руками пошаговая инструкция
Фундаментальные концепции связанные с энергией Более 25 лучших идей на тему «Вязание крючком жилет» на
Фундаментальные концепции связанные с энергией Более 25 лучших идей на тему «Поделки из соленого теста» на
Фундаментальные концепции связанные с энергией ВЯЗАНИЕ СПИЦЫ - Ажуры сетки Записи в рубрике -ВЯЗАНИЕ
Фундаментальные концепции связанные с энергией Виды восприятия восприятие человека - сайт
Фундаментальные концепции связанные с энергией Вязание пледа спицами
Фундаментальные концепции связанные с энергией Делаем выкройки на Monster High муляжным методом Monster
Деятельность вспомогательная, связанная с сухопутным транспортом Исправление ошибок при вязании жгута(не разрезая) Книга: Пледы и подушки для вязания спицами и Летний бежевый жилет из сетки и узора из дырочек. Вязание Набор бисера для вязания жгутов Бисерные мастер Нижнетагильская роспись. Цветы на подносе. Часть Отделка балкона пластиковыми панелями своими руками

ШОКИРУЮЩИЕ НОВОСТИ