Енергийна криза Но не, ентропийна криза; Удивителна наука
И все пак в същото време в час по физика го научаваме енергията се запазва: не може нито да бъде създаден, нито унищожен. Тук няма ли противоречие? Защо ни казват за спестяване на енергия, ако енергията е запазена ?
За да разберем този очевиден парадокс, трябва да се обърнем към това странно понятие за ентропия. И ще видим, че това, което обикновено наричаме енергийна криза, всъщност е криза на ентропията. !
Различните форми на енергия
Във физиката енергията може да дойде в много форми. Има например кинетичната енергия, пропорционално на квадрата на скоростта, или потенциалната енергия на гравитацията, което се увеличава с надморска височина.
Често в час по физика ние илюстрираме всичко това, като използваме скиор: в горната част на склона последният има висока потенциална енергия на гравитацията, а в дъното на склона скиорът е придобил скорост и следователно кинетична енергия.
Ако кажем, че общата енергия на скиора е запазена, можем да изчислим неговата скорост надолу, като напишем, че крайната кинетична енергия е равна на първоначалната потенциална енергия, както е показано на диаграмата по-долу:
Всичко това работи чудесно, но какво се случва, когато скиорът спира? Той се озовава на дъното на склона, потенциалната му енергия е нула, но е в застой, така че кинетичната му енергия е също толкова нула. Той е загубил цялата си енергия! Означава ли това, че в крайна сметка енергията няма да бъде запазена и че тя може да изчезне ?
ами не, енергията все още е там, но сега е в термична форма. Когато скиорът спира, триенето със снега произвежда топлина, а температурата на ските и снега се повишава много слабо. Това производство на топлина при спиране не е много забележимо при спиране на скиор, но много повече върху спирачните накладки на Формула 1 !
Тази история за спирането и триенето ни показва, че освен кинетичната или потенциалната енергия има и друга форма на енергия, която трябва да разгледаме: Термална енергия. За да може да се напише, че общата енергия на изолирана система е запазена, е от съществено значение да се вземе предвид. Много добре, но сега ще видим, че тази топлинна енергия има много специален статус.
Всички енергии не са създадени равни
За да сменим малко скиора, нека разгледаме друг обект, който е класика в уроците по физика: оръдието !
Да вземем топка с тегло 1 кг и да си представим, че искам да увелича общата й енергия с 10 000 джаула. За това имам поне 3 средства:
- Отвеждайки го на върха на 1000-метрова планина, щях да му дам около 10 000 джаула под формата на гравитационна потенциална енергия;
- За да го задвижа до 270 км/ч, тогава ще му дам 10 000 джаула под формата на кинетична енергия;
- Увеличете температурата му с около 15 ° C, след което ще получи своите 10 000 джаула в термична форма.
Тези три начина за енергизиране на оръдието ми може да изглеждат еквивалентни, но не са! В първите два случая мога лесно да възстановя енергията от моя плод, за да върша работа. Да кажем, че трябва да вдигна предмет, все още мога (например чрез система от въжета и ролки) да възстановя потенциала или кинетичната енергия на моя плод, за да го направя. С топлинна енергия, от друга страна, няма как! Топката ми е гореща, но за него е невъзможно да трансформира тази топлина в движение сам които ми позволяват да възстановя енергията си.
Това малко сравнение между тези 3 начина за отдаване на енергия на топка илюстрира основен принцип: всички енергии не са равни, а топлинната енергия е много по-малко „полезна“ от останалите.
Качествена енергия ?
За да разберете защо топлинната енергия е по-малко интересна от другите, трябва да разгледате подробностите за нейната природа. На микроскопично ниво атомите на материята са постоянно в движение. За газ те се движат почти свободно, за твърдо те са принудени да останат на определено място, но могат да се колебаят около позицията си.