Несостоятельность запрета на вечные двигатели 2-го рода и их возможное использование для предотвращения «тепловой смер-ти» на Земле

С.Д. ХАЙТУН
Ведущий научный сотрудник Института истории естествознания и техники Р.А.Н.,
Москва, Россия, <   haitun  @   ihst.   ru>
СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация
1. Угроза гибели человечества из-за теплового загрязнения среды, вызываемого по-
треблением энергии как таковым
2. Торможение роста потребления энергии направлено против вектора эволюции и
потому гибельно
3. Авторский сценарий: переход к (термоциклической) энергетике, построенной на
круговороте тепла и вечных двигателях 2-го рода
4. Несостоятельность запрета на вечные двигатели 2-го рода: четыре ошибки класси-
ков термодинамики
5. Уточнение содержания второго начала
6. Сужающийся поток идеального газа: уменьшение тепловой энтропии, компенси-
руемое ростом нетепловой
7. Тепловая энтропия vs. полная энтропия
8. Определение полной и тепловой энтропии в общем необратимом случае
9. О перспективах перехода к термоциклической энергетике на базе вечных двига-
телей 2-го рода
Литература
Приложение
Аннотация
Статья написана по книге автора «»Тепловая смерть» на Земле и сценарий ее
предотвращения. Часть 1. Энергетика, построенная на круговороте тепла и вечных
двигателях 2-го рода. Часть 2. Вечные двигатели 2-го рода и несостоятельность запре-
та на них» (Москва, URSS, 2009. Библ. 571 назв.).
Потребляя энергию, мы превращаем одну ее форму в другую, в конечном же
счете практически вся добываемая энергия рассеивается в виде тепла. Последствия
перегрева станут катастрофическими, когда энергопотребление достигнет 0,1% (одна
оценка) или 1% (другая оценка) от достигающего поверхности Земли потока солнеч-
ного излучения, т.е. – при нынешних темпах роста энергопотребления – через 50–80
или 130–200 лет. Торможение потребления энергии также чревато гибелью человече-
ства, поскольку пошло бы вразрез с законами эволюции. Точнее – с ее вектором,
направленным в сторону интенсификации метаболизмов.
Авторский сценарий предотвращения «тепловой смерти» состоит в переходе к
(термоциклической) энергетике, построенной на круговороте тепла и «фабриках хо-
лода», которые бы снова и снова собирали рассеянное в среде тепло, превращая его в
нужные нам формы энергии. Роста энергопотребления можно будет при этом доби-
ваться ускорением круговорота тепла.Мыслимы два типа «фабрик холода». Во-первых, это тепловые машины с холо-
дильниками, К.П.Д. которых не превышает К.П.Д. Карно. Во-вторых, это тепловые ма-
шины без холодильника, К.П.Д. которых не ограничен К.П.Д. Карно, т.е. вечные двигате-
ли 2-го рода, запрещаемые, согласно традиции, вторым началом термодинамики. Рас-
сеянное в среде тепло характеризуется, как правило, низкими температурными гради-
ентами, делающими К.П.Д. «фабрик холода» первого типа слишком малыми, чтобы их
можно было положить в основу термоциклической энергетики. Это вынуждает нас
обратиться к вечным двигателям 2-го рода. Анализ чрезвычайно (чрезмерно) много-
численных формулировок второго начала и определений таких двигателей приводит
автора к выводу о несостоятельности запрета на них.
Этот запрет, полагает автор, явился следствием ряда ошибок, допущенных
основателями термодинамики. 1. С. Карно сделал вывод об обязательности холодиль-
ника для любой тепловой машины, исходя из идеи о неуничтожаемости теплорода,
согласно которой при потреблении тепла оно не уничтожается, но только передается
от более нагретого тела к менее нагретому (холодильнику). Однако сегодня мы знаем,
что при потреблении тепла оно исчезает как тепло, превращаясь в другие формы
энергии. Это делает вывод Карно ошибочным. 2. Действующая на Земле тенденция к
рассеянию нетепловых форм энергии в виде тепла некорректно трансформируется в
не знающий исключений закон, что заставляет многих авторов, включая классиков,
отрицать не только вечные двигатели 2-го рода, но и – вопреки реальности – самую
возможность использования рассеянного в среде тепла как источника «даровой» энер-
гии. 3. Закон возрастания энтропии некорректно сводится к «закону» возрастания
тепловой энтропии, тогда как действует закон возрастания полной энтропии. Из несо-
стоятельности «закона» возрастания тепловой энтропии следует, что тепловая энтро-
пия может убывать, а компенсация превращения тепла в работу может быть и нетеп-
ловой, почему холодильник для тепловой машины не обязателен, а вечные двигатели
2-го рода – возможны.
1. Угроза гибели человечества из-за теплового загрязнения среды,
вызываемого потреблением энергии как таковым
Вплотную занявшись сегодня потеплением климата, мировое сообщество
пока упускает, мне кажется, очень важную, быть может – самую важную, со-
ставляющую этой проблемы. Большинство экспертов считает сегодня, что по-
тепление является следствием промышленных выбросов в атмосферу парни-
ковых газов, особенно – углекислого газа  CO2 . Соответственно основные уси-
лия сосредоточены на изыскании средств снижения концентрации  CO2 в ат-
мосфере.
В этом, на мой взгляд, и состоит ошибка. Очистка атмосферы лишь нена-
долго отсрочит катастрофу. Дело в том, что, потребляя энергию, мы только
превращаем одну ее форму в другую, в конечном же счете практически вся до-
бываемая нами энергия рассеивается в виде тепла, подвергая биосферу тепло-
вым перегрузкам. Если и когда человечество будет ежегодно добывать, рассеи-
вая затем в виде тепла, столько же энергии, сколько ее падает за г. на поверх-
ность Земли от Солнца, развитым формам жизни придет конец. С удвоенным
потоком тепла биосфере определенно не справиться.
В 2003 г. было добыто энергии примерно в 5000 раз меньше, чем ее
2упало на поверхность Земли от Солнца. Однако энергопотребление удваивается
каждые 23,5–35 лет (это соответствует ежегодному приросту 2–3%), так что,
при сохранении нынешних темпов роста, оно сравняется по мощности с сол-
нечным потоком через 285–430 лет. Реально же проявления перегрева станут
катастрофическими, когда добываемая энергия достигнет 0,1% (одна оценка)
или 1% (другая оценка) от солнечной энергии, т.е. через 50–80 или 130–200 лет
соответственно. Собственно, это и есть та самая «тепловая смерть», о которой
говорили классики термодинамики во 2-ой половине XIX века и которая в
XX веке была отвергнута применительно ко Вселенной. Теперь она реально
угрожает нам на Земле.
Существенно, что тепловое загрязнение среды возникает не из-за потреб-
ления «грязных» видов топлива, но вызывается потреблением энергии как та-
ковым. Переход к «чистым» видам топлива ничего в этом плане не даст.
Пока мировое сообщество эту проблему не обсуждает. В глобальном
энергетическом кризисе традиционно смотрят три компоненты, к которым мы до-
бавляем четвертую:
1) исчерпание углеводородных ресурсов;
2) подрыв энерго безопасности стран, лишенных этих ресурсов;
3) химическое и радиоактивное загрязнение среды «грязными» источниками
энергии;
4) тепловое загрязнение среды потреблением энергии как таковым, включая
использование «чистых» видов топлива.
На первые две компоненты мировое сообщество реагирует достаточно ак-
тивно. Реакция на третью компоненту представляется неадекватной, поскольку
в поисках замены углеводородам сегодня возвращаются к таким «грязным»
энергоресурсам, как уголь и атомная энергия. Реакция же на четвертую компо-
ненту у мирового сообщества, включая экологов, отсутствует напрочь.
2. Торможение роста потребления энергии направлено против
вектора эволюции и потому гибельно
Об угрозе «тепловой смерти» из-за самого по себе экспоненциального ро-
ста потребления энергии пишут считанные единицы ученых, которые, однако,
почему-то уверены в том, что человечество сможет затормозить рост добычи
энергии. Призывы такого рода накладываются на мощный поток аналогичных

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.