унищожава

The Първи закон на термодинамиката, което потвърждава, че енергията не може да бъде създадена или унищожена, въпреки че може да се трансформира от една форма в друга, е вероятно най-твърдият и универсален от природните закони, открити досега. Въпреки това той е и един от най-лошо тълкуваните закони, пораждащ множество погрешни идеи и недоразумения, именно защото се приема по номинал, без да се стига малко по-далеч.

От само себе си се разбира, че принципът е напълно валиден. Целта на тази статия не е нищо друго освен да опита свържете го с енергийната ефективност на съвременните двигатели и двигатели, разбиране малко по-добре какво се случва с енергията по време на нейното функциониране и защо в действителност енергията се „унищожава“ в тях като използваема енергия, за да стане неизползваема енергия поради по-малко известния и по-лошо тълкуван втори принцип на термодинамиката.

Първи закон на термодинамиката

Първият закон на термодинамиката, понякога наричан принцип на запазване на енергията, Дойде да се каже, че първоначалната и крайната енергия в изолирана система са равни по количество, въпреки че могат да бъдат различни по своя формат. Въпросът е в това няма създаване или унищожаване на енергия, но различни процеси на трансформация на постоянно общо количество.

Приемайки буквално този принцип, някой може да си помисли, че енергията, използвана за движение на кола, може да бъде използва се отново и отново със съответните средства за оползотворяване и повторна употреба, така че само въпрос на време и технологии би могло да се случи и автомобилите никога да не се налага да зареждат с гориво. Нищо не е по-далеч от реалността.

Енергийната ефективност на съвременния дизелов двигател е не повече от 40%. Това означава, че от химическата енергия, съдържаща се в дизела, който влиза в горивните камери, само 40 части на всеки сто те се трансформират в движение които могат да се използват за захранване на автомобила. Остатъка се губи като топлина през изпускателната тръба, през охладителната верига и чрез топлопроводимостта на блока на двигателя и всички елементи, участващи в процеса. Цялата тази топлина се оказва в атмосферата, все по-разпръсната с всяка изминала секунда.

Следващият въпрос би бил: защо 40%, а не 100% използване? Кога технологията ще достигне по-високи нива?Кога можем да се възползваме от цялата тази топлина, за да я преобразуваме също в движение?

Отговорът е никога. Да видим защо.

Втори принцип на термодинамиката

Вторият закон на термодинамиката гласи, че „няма устройство, което, работещо в цикли, да абсорбира топлината от един източник и да я преобразува изцяло в работа“. Това е, непременно и неизбежно ще загубим известно количество енергия по пътя. Тази загубена енергия не е унищожена, но е трансформирана в разпръсната и безполезна форма, която не би могла да допринесе за по-нататъшното движение на автомобила, поне не изцяло. Важно е да се подчертае, че тази невъзможност не е ограничение на технологията, а универсален и ненарушим физически закон.

Разбира се, има много технологии, за да се опитате да се възползвате, доколкото е възможно, от тази загубена енергия, но ключът тук е "доколкото е възможно". Без да продължава повече, BMW е натрапчиво фокусиран върху повторното използване на топлинната енергия на своите двигатели в много от последните си проекти: генериране на електрическа енергия от топлината на изпускателната тръба, капсулиране на двигателя, за да достигне оптималната температура по-бързо ... но те винаги представляват частични подобрения, използването никога не може да бъде пълно.

Друг много ясен пример за опит да се възползваме от загубената енергия е регенеративно спиране. В хибриден или електрически автомобил, електрическият мотор се превръща в електрически генератор по време на спиране, превръщайки кинетичната енергия на автомобила в електрическа енергия, която може да се използва, за да го върне в движение, вместо да се загуби в топлината. Тези системи използват около 15% от спирачната енергия и те са осъдени никога да не се възползват от 100% (въпреки че в този случай това не е топлинен двигател).

Понятието ентропия

От това, което видяхме досега, във всеки процес на трансформация на енергия в колата, ние преминаваме през една форма на "концентрирана" енергия (като капка гориво) до комбинация от движение плюс друга форма на "разпръсната" енергия че ние наричаме топлина. Сумата от движението плюс топлината сумират първоначалната енергия, но това ни е от полза, защото, изглежда, не можем да се възстановим и да преобразуваме цялата топлина обратно в движение. По някаква причина той е обречен да се разпръсне и следователно се губи като полезна форма на енергия; не се унищожава, но за практически цели се губи.

Но що за "изречение" е това? Не можем ли да избягаме от него и да върнем тази енергия по полезен начин? „Осъждането“ се нарича нарастваща ентропия и това е принципът, лежащ в основата на втория закон на термодинамиката, самата му същност. Ентропията на Вселената винаги се увеличава и не е възможно да я накарате да се върне назад, така че процесите на трансформация на енергия са необратими и са склонни да разсейват топлината като последната форма, най-безполезната форма. Няма връщане назад, освен с допълнителни вложени енергии които винаги генерират повече топлина, отколкото възнамеряваме да съберем. Винаги винаги винаги.

Традиционно ентропията се обяснява като разстройство, а нарастващата ентропия се превежда като нарастващо разстройство. Всъщност това, което се случва, е това Вселената еволюира необратимо към по-вероятни ситуации в нейното разпределение на материя и енергия, което много прилича на бъркотията на нашето ежедневие, въпреки че сходството не е научно точно.

По-лесно е да разпръснете сто топчета по пода на стая, отколкото да ги съберете в перфектна матрица 10x10 точно в центъра. Крайната причина не е, че те са подредени в центъра и разпръснати по земята са разстроени, а че има безкрайни позиции, които ние наричаме "разстройство" и само едно, което ние наричаме "ред", така че последното е много по-малко вероятно от всички разхвърляни заедно. Разхвърляните позиции също не се повтарят точно, но всички те вкарват в полето за разстройство.

В този пример неподредените позиции ще имат ентропия, по-голяма от единичната подредена позиция и концепцията за ентропия ще бъде асимилирана с разстройство, което никога не се разпада спонтанно, а само с допълнителен принос на енергия. Разбира се, тези допълнителни енергийни входове (човек или машина, които могат да подредят топчетата) биха генерирали повече разстройства другаде при подравняване на топчетата (топлина, получена от мускулна или механична активност) и това разстройство може да бъде само по-голямо от малкия генериран ред. Това е смисълът, в който ентропията винаги се увеличава, а дисперсионният процес е необратим.

А) Да, за събиране (подреждане) на диспергираната енергия (топлина) в концентрирани енергийни форми е необходим допълнителен вход по-голяма от енергията, която възнамеряваме да възстановим. Това е задънена улица.

Заключения

Нищо не избягва законите на термодинамиката, дори автомобилният свят.

Когато говорим за ефективност, Говорим за технологичния опит да се използва възможно най-много енергия, за да се трансформира полезна работа. Най-големият възможен, като цяло, не е и не може да бъде много. В кола с двигател с вътрешно горене Тази ефективност е изключително ниска, енергийна загуба бихме могли да кажем, но няма спасение и дисперсията на топлина е основната дестинация на химическата енергия, съдържаща се в горивото, последвано от намаляващо, но непреодолимо разстояние, от желаното поколение движение.

В електрическа кола, ефективността на вашия двигател е много по-възрастни. Говорим за 90% ефективност (в сравнение с 40% за съвременен дизел), тоест повече от двойно. Но електрическата енергия на батерията идва от своя страна от захранващата мрежа, което ни го доставя от топлинни, ядрени, водноелектрически, слънчеви, вятърни електроцентрали ... във всяка от които се произвеждат различни енергийни добиви и различни топлинни "отпадъци". Няма и бягство, но в този случай, да, има и друг вид надежда.

Ако "разпиляваме" слънчева или вятърна енергия, или някое от обажданията за възобновяеми източници, ние винаги ще се справяме по-добре, отколкото изобщо да не се опитваме да се възползваме от тях. Не е толкова важно да губим енергия във всеки процес, ако тази енергия така или иначе щеше да бъде загубена, ако нямаше слънчеви панели или мелници, които да се опитат да я съберат, дори и с много ограничен добив.

Това е голямата разлика и в тези, които сме.