Тепло - энергия второго сорта? Статья №36. 11.04.17.


Важнейшим из законов физики считается закон сохранения энергии (ЗСЭ).

Суть его в том, что энергию невозможно уничтожить и невозможно создать. Энергия способна лишь взаимно превращаться из одной формы в другую без каких бы то ни было потерь. Ибо, даже потери энергии, это опять же, – одна из форм всё той же энергии.

С одной стороны, этот закон должен наполнять нас оптимизмом, поскольку энергетическое банкротство исключено – растратить энергию просто невозможно. С другой стороны, и для пессимизма поводов немало, ведь приумножить энергию тоже не получится, сколько ни пыжься.

Из ЗСЭ напрашивается вывод о равноправии всех возможных форм энергии. Например, электрическая или механическая энергии могут быть преобразованы в тепло, которое, в свою очередь, можно снова превратить либо в электрическую, либо в механическую форму.

Но, так ли это в нашей с вами физической реальности ?

Предположим, что мы едем по дороге на автомобиле с бензиновым двигателем. Тепловая энергия, полученная при сгорании топлива, частично преобразуется в механическую энергию вращения колёс, обеспечивающую наше передвижение. Остальная часть тепла рассеивается в окружающее пространство по причине не очень высокого КПД двигателя.

При этом, механическая энергия непрерывно расходуется на преодоление трения и аэродинамического сопротивления движению, опять же, неизбежно рассеиваясь в виде тепла.

Казалось бы, всё строго по протоколу: химическая энергия топлива переходит сначала в тепловую энергию, затем в механическую, а потом – снова в тепловую.

Но, вот беда, рассеянное тепло мы не умеем превращать обратно в химическую энергию топлива, и по этой причине не можем замкнуть энергетический цикл. Для нас, потери тепла в двигателе и потери тепла трения – безвозвратное рассеивание энергии.

Странно здесь вот что. Тепло, которое было получено при сжигании бензина, в точности равно теплу, рассеянному в атмосфере при движении автомобиля. Это прямо следует из ЗСЭ. Тепловая энергия никуда не исчезла. Казалось бы, нам ничто не мешает повторно использовать это тепло для движения, превратив его, предварительно, в химическую энергию топлива, или – напрямую в тепловую энергию, пригодную для работы теплового двигателя.

Однако, термодинамика, определяющая принцип работы тепловых двигателей, утверждает, что тепловая энергия с низкой температурой не равноценна точно такому же количеству тепловой энергии с высокой температурой. “Равна, но не равноценна” – поди, пойми !

Например, опустив раскалённый гвоздь в кружку с водой, мы немного подогреем воду, но с помощью тепла этой подогретой воды нам никогда не удастся нагреть гвоздь до красна.

Вот в этом и состоит странность. С одной стороны, тепло раскалённого гвоздя равно теплу нагретой воды в кружке – количество энергии там и там одинаковы. А с другой стороны, ценность, или быть может, “качество” этих двух порций энергии очень сильно различаются.

Так же и в нашем примере с автомобилем. Тепло, полученное при сгорании бензина, равно рассеянному теплу, но одно из них пригодно для работы теплового двигателя, а другое – нет.

Как видим, само по себе количественное равенство энергий довольно-таки условно.

Для того, чтобы энергия была пригодна для совершения полезной работы, необходимо наличие у этой энергии высокого потенциала. Для тепла – это температура, для электричества – это напряжение, для механической энергии – это квадрат скорости тела или высота его подъёма над уровнем земли.

В то же время, ещё в глубокой-преглубокой древности, Архимед изобрёл рычаг, который позволяет поднять малый груз на большую высоту с помощью опускания большого груза на малую высоту. А это, в чистом виде, и есть повышение потенциала энергии.

При этом, использованная механическая энергия, большого груза, равна энергии, приобретённой малым грузом. Стало быть, в механике, повышение потенциала располагаемой энергии возможно без затрат дополнительной (внешней) энергии.

Такую же картину можно наблюдать в электротехнике. С помощью несколько иного “рычага”, называемого трансформатором, можно преобразовать порцию электрической энергии низкого напряжения в точно такую же порцию энергии высокого напряжения.

А у нас разве не аналогичная ситуация ?

Мы хотим превратить порцию тепла с низким температурным потенциалом, рассеянную в большой массе вещества, в порцию тепла с высоким температурным потенциалом, сконцентрированную в малой массе вещества.

С точки зрения ЗСЭ, никакого нарушения здесь нет – мы стремимся, всего лишь, повысить энергетический потенциал, без увеличения количества энергии.

Для этого нам необходим некий “тепловой рычаг”, аналогичный рычагу Архимеда.

Но академическая наука считает, что такого рычага в природе не существует.

Мало того, термодинамика категорически утверждает, что “тепловой рычаг” не может быть создан и в будущем (“второе начало” термодинамики).

Тем самым тепловая энергия, в сравнении с механической, электрической и прочими, получает особый – пониженный статус: статус второсортной энергии. Причина столь явного понижения в правах в том, что тепло с низким потенциалом не может быть преобразовано в тепло с высоким потенциалом без дополнительных затрат энергии.

Ну, хорошо. А если повышение потенциала тепловой энергии без каких либо дополнительных затрат энергии стало бы, вдруг, возможно, что бы это означало ?

Ни много, ни мало, это означало бы возможность создания вечного двигателя “второго рода”, который не нарушая ЗСЭ, способен преобразовать бесполезное тепло, рассеянное в окружающем нас пространстве, в полезное тепло высокого потенциала, а затем в ещё более полезную механическую работу. Другими словами, тепло для отопления дома и электричество для его же освещения – даром, в любых количествах.

Согласитесь, что ради такой заманчивой перспективы, стоит поглубже вникнуть в аргументы и факты, на основании которых термодинамики отнесли тепло к энергии второго сорта.

Игорь Юрьевич Куликов


Тепло и душевно зарегистрируем
ваше изобретение.

Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 6800
Нина Николаевна Андреева



Автор:  Игорь Юрьевич Куликов, видео - Николай Геннадьевич Соков

Возврат к списку