Первый закон термодинамики

В последней четверти XVIII в. быстрое совершенствование паровой машины в значительной степени способствовало изменению научного представления о природе энергии. Энергия ассоциировалась с работой, а теплота и движение рассматривались как формы энергии. На этой основе были сформулированы основные законы термодинамики. Первый закон термодинамики звучит довольно просто: «Энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может возникать или исчезать». В машинах, например, химическая энергия (угля или бензина) превращается в тепловую энергию, которая затем частично превращается в механическую (кинетическую энергию).

Часть этой энергии снова превращается в тепло за счет трения, возникающего при движении, а другая часть остается в машине в виде отходов. К сожалению, тепло машины или парового двигателя, а также тепло, образующееся при трении или остающееся в виде отходов, не может совершать работу.

Оно не может вращать шестеренки, поскольку рассеивается в окружающем пространстве, но тем не менее оно является частью общего уравнения. Действительно, инженеры вычислили, что большая часть энергии, производимой машинами, рассеивается беспорядочно в виде тепла; эффективность, т. е. коэффициент полезного действия (к. п. д.), большинства их них не превышает 25%. Понятие о потенциальной энергии возникло в ходе исследований к. п. д.

Считалось, что баррель нефти (142 л) или тонна угля обладают определенным количеством потенциальной энергии, которую можно выразить через количество тепла, выделяемого при их сгорании. Эффективность превращения потенциальной энергии в полезную зависит от типа трансформирующей энергетической системы. Хотя эти принципы были сформулированы для двигателей, работающих на тепловой энергии, они применимы и к другим системам. Например, валун, поднятый на вершину холма, обладает потенциальной энергией. В результате легкого толчка (энергии активации) он катится вниз с холма; при этом его потенциальная энергия превращается в энергию движения и тепло, образующееся при трении.

Как упоминалось выше, и вода в ряде случаев обладает потенциальной энергией. Когда большая масса воды падает с вершины водопада или плотины, она может совершать работу, приводя в движение различные механизмы, например для помола зерна. Таким образом, потенциальная энергия воды в этой системе превращается в кинетическую энергию колес и шестеренок, а также в тепло, которое образуется в результате движения самой воды и вращения колес и механизмов.

Свет и электричество другие формы энергии. Свет можно превратить в электрическую энергию, а электрическую энергию можно превратить в свет, например, пропуская ток через вольфрамовую нить электрической лампочки. Первый закон термодинамики гласит, что при энергообмене и взаимопревращениях энергия продуктов реакции плюс энергия, выделяемая в этих реакциях, всегда равны сумме энергий, которой обладали исходные компоненты реакций.

_{П. Рейвн, Р. Эверт, С. Айкхорн, Современная ботаника В 2-х томах, Том 1, Перевод с английского канд. биол. наук В. Н. Гладковой, проф. М. Ф. Даниловой, д-ра биол. наук И. М. Кислюк, канд. биол. наук Н. С. Мамушиной под редакцией акад. А. Л. Тахтаджяна}

AOF | 18.11.2020 16:25:15