Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

Известные экологи

Владимир Вернадский

Эдуард Зюсс

 

Джеймс Лавлок

Формы и качество энергии. 

Энергия существует во многих формах и видах: солнечная, тепловая, химическая, электрическая, атомная, энергия ветра, воды и др. Формы энергии различны по способности производить полезную работу. «Не все калории (или другие единицы количества) одинаковы, т. е. одинаковые количества разных форм энергии могут сильно различаться по своему рабочему потенциалу» (Ю. Одум, 1986). Энергия слабого ветра, прибоя, маломощных геотермальных источников может произвести небольшое количество работы. Концентрированные формы энергии (нефть, уголь и др.) обладают высоким рабочим потенциалом. Энергия солнечного света по сравнению с энергией ископаемого топлива обладает низкой работоспособностью, а по сравнению с рассеянной низкотемпературной теплотой высокой. Качество энергии, сконцентрированной в биомассе растений, животных, топливе, отличается от качества рассеянной тепловой энергии. Качество энергии характеризует ее способность совершать работу, т. е. ее эксергию.

         Эксергия это максимальная робота, которую совершает термодинамическая система при переходе и данного состояния е состояние физического равновесия с окружающей средой.

            Эксергией называют полезную долю энергии, участвующей в какомто процессе, величина которой определяется степенью отличия какогото параметра системы от его значения в окружающей среде.Пояснить понятие эксергии можно на примере теплоты. Температура это мера концентрации теплоты.

         Если количество энергии Q имеет высокую температуру Тв, а температура окружающей среды То, меньше Тв, то система совершает работу – Q/[(Тв – То)/Тв].

          Если то же количество энергии Q имеет низкую температуру Тн <Тв, то при условии Тн > То; система выполнит работу Q/[(Тн – То)/Тн].

         Очевидно, что работа, выполненная концентрированной высокотемпературной тепловой энергией, больше работы, выполненной таким же количеством низкотемпературной тепловой энергии. Безразмерная величина (Тв – То)/Тв или (Тн – То)/Тн может характеризовать эксергию или качество энергии Q. Она выражается в долях (меняется от Q до 1) или процентах. При Тв = То или Тн = То не может быть выполнено никакой работы, эксергия равна 0. Только если температура окружающей среды близка к абсолютному  нулю, то величина (Т То)/Т  будет   приближаться к предельному значению, т. е. к 1 (или 100 %).

         Следовательно, энергия характеризуется не только количеством, но и качеством, для создания энергии более высокого качества необходимы затраты энергии более низкого качества. Поток солнечной энергии, вовлекаемый в цепь превращений в биосфере, образует порядок и повышает эксергию некоторой части энергии.

В природе показателем качества энергии может служить количество калорий солнечного света, которое должно рассеяться, чтобы образовалась 1 калория более высококачественной формы энергии. Преобразование солнечного света в пищевой цепи, или цепи генерации электричества, или другой цепи превращений всегда сопровождается уменьшением количества и повышением качества энергии, аккумулированной на каждом этапе.

Сказанное иллюстрируется следующим  образом,

Солнце   à

Растения à

Растительноядные животные à

Хищники

Повышение качества энергии

Понижение количества энергии

 Однако, такое видоизменение энергии условно. Многие исследователи пытались произвести расчеты количества энергии, аккумулированной на каждом трофическом уровне, в реальных экологических системах. Оказалось, что количество солнечной энергии при превращении ее в биомассу растений и далее в биомассу травоядных и хищников на каждом этапе уменьшается на одиндва порядка. Соответственно и качество ее по сравнению с качеством солнечной энергии увеличивается на 12 порядка. Отсюда следует, что качество энергии измеряется длиной пути, пройденного ею от Солнца.

         ПРИМЕР. В табл. 3.1 показано число килокалорий некоторых видов энергии, необходимое для получения 1 ккал условного топлива. Таблица позволяет также выразить энергию различных видов в эквиваленте условного топлива.

         Следовательно, рабочий потенциал ископаемого топлива в 2000 раз выше, чем рабочий потенциал солнечного света, но в 4 раза ниже рабочего потенциала электроэнергии. Чтобы солнечный свет выполнял работу, равную работе, производимой углем или нефтью, его надо сконцентрировать или повысить его качество в 2000 раз.

            Использование энергии в биосфере определяется количественным распределением и ее качеством. Солнечный свет падает на планету с энергией 2 кал*см2*мин1 (солнечная постоянная), но, проходя через атмосферу, он ослабляется и даже в ясный летний день до поверхности Земли доходит не более 67 %, которая в биосфере распределяется следующим образом: отражается 30 %, превращается в теплоту 46 %, расходуется на испарение воды, осадки 23 %, преобразуется в энергию ветра, волн, течений 0,2 %, идет на фотосинтез 0,8 %.

         Клетки растений, связывая на свету СО2 и Н2О образуют (СН2О) строительные блоки органических веществ, обладающие высокой эксергией, а экспортируемая в космическое пространство рассеянная энергия снижает свою эксергию. Под воздействием температуры, давления и др.факторов в течение тысяч и миллионов лет органические вещества превращались в торф, угол, нефть, т. е. энергия накапливалась в виде ископаемого топлива. В ХХ веке эти запасы интенсивно эксплуатировались для обеспечения жизни искусственных систем. В поисках новых ресурсов топлива человечеству приходится осваивать месторождения, добыча ресурсов на которых становится все более дорогостоящей. Огромная работа, выполняемая биосферой (сохранение и развитие жизни, накопление горючих ископаемых и пр.) за счет небольшого количества (0,8 %) сконцентрированной растениями солнечной энергии, объясняется высокой эксергией аккумулированной части энергии.

         Пока не разработаны технологии концентрации энергии возможно использовать  низкокачественную энергию для «низкокачественных работ»; например солнечную энергию для отопления зданий. При разработке будущей стратегии в стране и в мире в целом необходимо руководствоваться важнейшим принципом – использовать энергию такого качества, которое соответствует выполняемой работе.

         Энергетические процессы рассматривают обычно как чисто физические, не предполагая, что мышление это также энергетический процесс. Развитие умственных способностей связано с большими энергозатратами. Интеллектуальный труд является процессом, где используются высококачественные формы энергии. Ум и знание концентрируют в себе энергию, затраченную на обучение.