double arrow

МАТЕРИЯ, ВЕЩЕСТВО, ЭНЕРГИЯ. I И II ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

МАТЕРИЯ — объективная реальность, содержимое пространства, одна из основных категорий науки и философии, объект изучения физики.

ВЕЩЕСТВО - вид материи, которая обладает массой покоя.

Вещество состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др.

Вещества принято подразделять на простые и сложные (химические соединения). Простые вещества образованы атомами одного хим. элемента и поэтому являются формой его существования в свободном состоянии, напр. сера, железо, озон, кислород. С ложные вещества образованы разными элементами и могут иметь состав постоянный или меняющийся в некоторых пределах.

Вещества превращаются друг в друга в процессе химических реакций, однако таким образом одно простое вещество невозможно превратить в другое, образованное из атомов иного элемента.

Качество вещества – это мера полезности его как ресурса, основанная на его доступности и концентрированности.

Условия, необходимые для того, чтобы вещество стало ресурсом:

1. Вещество должно быть в таком физическом или мимическом состоянии, в котором человек может его использовать, либо имеется способ перевода его в необходимое состояние.

2. Вещество должно присутствовать в достаточной концентрации или может быть обогащено при допустимых затратах энергии.

3. Стоимость вещества как ресурса не должна быть слишком высокой.

Доступность вещества в качестве ресурса обуславливается двумя ключевыми моментами: человеческой изобретательностью и производством достаточного количества энергии.

ЭНЕРГИЯ - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи (способность совершать работу). Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может только переходить из одной формы в другую. Понятие энергии связывает воедино все явления природы.

В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии: механическую, внутреннюю, электромагнитную, химическую, ядерную и др. Это деление до известной степени условно.

Впервые наиболее полно понятие энергии было проработано в термодинамике, что вылилось в формулировку двух наиболее основополагающих законов, описывающих свойства энергии:

1) первый закон термодинамики (принцип сохранения энергии) — энергия может переходить из одной формы в другую, но она никогда не исчезает и не создается заново;

2) второй закон термодинамики (принцип роста энтропии) — все реальные процессы превращения энергии сопровождаются ростом энтропии, то есть переходом энергии в более рассеянное состояние.

Исторически первым был открыт принцип разрушения, который более известен как второй закон термодинамики, или принцип роста энтропии: в любом реальном процессе энтропия Вселенной возрастает. Как выяснилось, этот закон имеет всеобщий характер. Он прошел проверку временем и до сих пор считается одним из фундаментальнейших законов природы.

Энтропия есть мера хаоса, а также мера неопределенности, непредсказуемости, абсурда в системе. Мера определенности, предсказуемости, логичности в системе называется негэнтропией или информацией. Чем более упорядочена структура системы, тем более она предсказуема, тем больше ее негэнтропия.

Энтропию называют тенью энергии, в более широком смысле под энтропией понимают меру качества, то есть меру концентрации и упорядочения энергии. Так тепловая энергия с большей температурой обладает меньшей энтропией, то есть большим качеством, чем такое же количество тепла при меньшей температуре.

Когда мы говорим об энергии, особенно в контексте, связанном с энергетическим кризисом, следует помнить, что энергии на Земле вполне достаточно. Теплоход, идущий по океану, идет по морю энергии. Тем не менее, он вынужден вести с собой запас угля, потому что энергия, запасенная в океане, обладает низким качеством. Для полезного использования нужна именно высококачественная энергия, энтропия которой ниже энтропии энергии, рассеянной в окружающей среде. Энергию океана можно использовать только при наличии холодильника с более низкой температурой, чем температура океана. В качестве такого холодильника может выступать только космос, в который Земля “сбрасывает” излишки тепла. За счет этого ресурса во многом формируется энергия ветров.

Важнейшим источником энергии с низким значением энтропии является солнечное излучение, которое обеспечивает жизнедеятельность биосферы, протекание различных неравновесных процессов, включая фотосинтез и другие биохимические и биофизические реакции.

Главное заключается в том, что солнечная энергия обладает более низкой энтропией (следовательно, более высоким качеством энергии), чем уходящее в космос длинноволновое излучение Земли, обладающее более высокой энтропией (следовательно, более низким качеством энергии).

Иными словами, Земля получает от Солнца качественную энергию с низкой энтропией, а отдает в космос некачественное излучение с высокой энтропией и, таким образом, «очищается» от избытка энтропии.

Вещество высокого качества упорядочено и обычно находится вблизи земной поверхности. Такое вещество обладает высоким ресурсным потенциалом.

Вещество низкого качества не упорядочено, находится в разбавленном или рассеянном состоянии и часто очень глубоко под землёй.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: