руйнується

Перший закон термодинаміки, який стверджує, що енергію неможливо створити або знищити, хоча її можна перетворити з однієї форми в іншу, можливо, є найбільш твердим і універсальним із законів природи, виявлених на сьогодні. Незважаючи на це, він також є одним із найгірше тлумачених законів, що породжує безліч помилкових ідей та непорозумінь, саме тому, що воно приймається за номінальну вартість, не заходячи трохи далі.

Само собою зрозуміло, що принцип цілком дійсний. Мета цієї статті - не що інше, як спробувати пов’язати це з енергоефективністю сучасних двигунів та силових агрегатів, трохи краще зрозуміти, що відбувається з енергією під час її роботи і чому насправді енергія "руйнується" в них як корисна енергія, щоб стати непридатною для використання енергією через менш відомий і гірше тлумачений другий принцип термодинаміки.

Перший закон термодинаміки

Перший закон термодинаміки, який іноді називають принцип збереження енергії, Доходить до того, що початкова та кінцева енергії в ізольованій системі однакові за кількістю, хоча вони можуть бути різними за своїм форматом. Справа в тому відсутність створення або руйнування енергії, але різні процеси перетворення постійної загальної кількості.

Взявши буквально цей принцип, хтось може подумати, що енергія, яка використовується для руху автомобіля, може бути використовуються знову і знову з відповідними засобами енергоспоживання та повторного використання, щоб це могло статися лише питанням часу та технологій, і машинам ніколи не доведеться заправлятися. Ніщо не знаходиться далі від реальності.

Енергоефективність сучасного дизельного двигуна становить не більше 40%. Це означає, що з хімічної енергії, що міститься в дизелі, що надходить у камери згоряння, лише 40 частин на кожну сотню вони перетворюються на рух який можна використовувати для живлення автомобіля. Решта втрачається у вигляді тепла через вихлопну трубу, через контур охолодження і через теплопровідність блоку двигуна та всіх елементів, що беруть участь у процесі. Усе те тепло потрапляє в атмосферу, дедалі більше розсіюється з кожною секундою.

Наступним питанням буде: чому 40%, а не 100% використання? Коли технології досягнуть вищих рівнів?Коли ми можемо скористатися всім цим теплом, щоб перетворити його теж у рух?

Відповідь ніколи. Подивимось чому.

Другий принцип термодинаміки

Другий закон термодинаміки стверджує, що "немає пристрою, який, працюючи в циклах, поглинає тепло від одного джерела і повністю перетворює його в роботу". Це, обов'язково і неминуче, ми будемо втрачати певну кількість енергії на цьому шляху. Ця втрачена енергія не була знищена, але вона перетворена в розсіяну і марну форму, яка не могла б сприяти подальшому руху автомобіля, принаймні не в цілому. Важливо зазначити, що ця неможливість є не обмеженням технології, а універсальним і непорушним фізичним законом.

Звичайно, існує безліч технологій, щоб спробувати скористатися, наскільки це можливо, цією втраченою енергією, але ключ тут "наскільки це можливо". Не рухаючись далі, BMW одержимо зосереджується на повторному використанні теплової енергії своїх двигунів у багатьох своїх останніх проектах: виробляє електричну енергію від тепла вихлопної труби, інкапсулює двигун, щоб швидше досягти оптимальної температури ... але вони завжди становлять часткові вдосконалення, використання ніколи не може бути повним.

Ще одним дуже яскравим прикладом спроби скористатися втраченою енергією є рекуперативне гальмування. У гібридному або електричному автомобілі електродвигун стає електричним генератором під час гальмування, перетворюючи кінетичну енергію транспортного засобу в електричну енергію, яка може бути використана для його повернення в рух, а не втрати в теплі. Ці системи використовують близько 15% енергії гальмування та їх засуджують ніколи не користуватися перевагами на 100% (хоча в даному випадку це не тепловий двигун).

Поняття ентропії

З того, що ми бачили на сьогоднішній день, у кожному процесі перетворення енергії всередині автомобіля ми проходимо певну форму «концентрована» енергія (як крапля палива) до комбінації рух плюс ще одна форма «розсіяна» енергія що ми називаємо теплом. Сума руху та тепла складає початкову енергію, але це не надто корисно, оскільки, здається, ми не можемо відновити і перетворити все тепло назад у рух. Чомусь воно приречене розходитись і, отже, втрачати себе як корисну форму енергії; він не руйнується, але з практичних цілей втрачається.

Але що це за «речення»? Чи не можемо ми врятуватися від цього і повернути цю енергію корисним способом? "Засудження" називається наростаючою ентропією, і це принцип, що лежить в основі другого закону термодинаміки, самої його суті. Ентропія Всесвіту завжди збільшується, і повернути його назад неможливо, так що процеси перетворення енергії незворотні і мають тенденцію до розсіювання тепла як останньої форми, найбільш марної форми. Повернення назад немає, за винятком додаткових витрат енергії які завжди виробляють більше тепла, ніж ми маємо намір зібрати. Завжди завжди завжди.

Традиційно ентропія пояснюється як розлад, а наростаюча ентропія перекладається як наростаючий розлад. Власне, те, що відбувається, це те Всесвіт необоротно еволюціонує до більш імовірних ситуацій у своєму розподілі речовини та енергії, що дуже схоже на метушню нашого повсякденного життя, хоча подібність не є науково точною.

Легше розсипати сотню кульок по підлозі кімнати, ніж зібрати їх усіх у ідеальну матрицю 10х10 прямо в центрі. Кінцева причина полягає не в тому, що вони впорядковані в центрі і розкидані по землі невпорядковані, а в тому, що є нескінченні позиції, які ми називаємо "безладом", і лише одна, яку ми називаємо "порядком", так що остання набагато менше швидше за все безладно разом. Брудні позиції теж точно не повторюються, але всі вони забивають на полі безладу.

У цьому прикладі невпорядковані позиції мали б ентропію, більшу за одиничну впорядковану позицію і концепція ентропії буде уподібнена розладу, який ніколи не відміняється мимовільно, а лише з додатковим внеском енергії. Звичайно, ці додаткові витрати енергії (людина або машина, яка може вирівняти кулі) могли б породжувати більше розладів в інших місцях при вирівнюванні кульок (тепло, одержуване внаслідок м’язової або механічної активності), і це розлад може бути більшим, ніж невеликий генерований порядок. У цьому сенсі ентропія завжди зростає, а процес диспергування незворотній.

А) Так, для збору (упорядкування) дисперсної енергії (тепла) у концентровані енергетичні форми необхідний додатковий вхід більше енергії, яку ми маємо намір відновити. Це тупик.

Висновки

Ніщо не оминає закони термодинаміки, навіть автомобільний світ.

Коли ми говоримо про ефективність, Ми говоримо про технологічну спробу використати якомога більше енергії для її перетворення корисна робота. Найбільшого з можливих, загалом, немає і не може бути багато. В машині с двигун внутрішнього згоряння Цей коефіцієнт корисної дії надзвичайно низький, ми могли б сказати про втрату енергії, але нікуди не дітися і дисперсія тепла - основне призначення хімічної енергії, що міститься у паливі, слідує на зменшуваній, але непереборній відстані, бажане покоління руху.

В електромобіль, ефективність вашого двигуна набагато старше. Мова йде про 90% ефективності (порівняно з 40% для сучасного дизеля), тобто більш ніж удвічі. Але електрична енергія акумулятора по черзі надходить від мережі живлення, що приносить нам це від теплових, атомних, гідроелектростанцій, сонячних, вітрових електростанцій ... у кожній з яких є різні виходи енергії та різні «відходи» тепла. Втечі теж немає, але в цьому випадку, так, є інший вид надії.

Якщо ми "розбазарюємо" енергія сонця або вітру, або будь-який із поновлюваних дзвінків, ми завжди будемо робити краще, ніж взагалі не намагатися ними скористатися. Не так важливо, щоб ми втрачали енергію в кожному процесі, якщо ця енергія все одно буде втрачена, якби не було сонячних панелей або млинів, які намагалися б її зібрати, навіть з їх дуже обмеженою врожайністю.

Це велика різниця, і в тих, хто ми є.