Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Эксергия- это максимальная работа, которую соверша­ет термодинамическая система при переходе из данно­го состояния в состояние физического равновесия с окру­жающей средой.

Читайте также:
  1. D. ЛИМФАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
  2. I. Исходное состояние предприятия
  3. II. Состояние и основные проблемы социально-экономического развития Республики Карелия
  4. IV ДЕЙСТВИЯ ЛОКОМОТИВНОЙ БРИГАДЫ И ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗАМИ ПОЕЗДА ПРИ ПЕРЕХОДЕ НА РЕЗЕРВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫМ КРАНОМ МАШИНИСТА
  5. Prism – система комунікації відеоджерел інформації, що дає змогу ділерові контролювати кілька екранів.
  6. Quot;СИСТЕМА" В ЭТНОЛОГИИ 1 страница
  7. Quot;СИСТЕМА" В ЭТНОЛОГИИ 2 страница

Эксергией называют полезную долю участвующей в каком-то процессе энергии, величина которой определяется степенью от­личия какого-то параметра системы (температуры, давления и др.) от его значения в окружающей среде.

Пояснить понятие эксергии можно на примере теплоты. Темпе­ратура есть мера концентрации теплоты и средней скорости движения атомов и молекул в данный момент. Например, общее количество теплоты в океане огромно, но концентрация его низкая и средняя температура воды невысока. А чашка горячего чая обладает небольшим количеством теплоты, но концентрация ее высокая и температура тоже высока.

Если количество энергии Q имеет высокую температуру Тъ, а температура окружающей среды Т0 меньше Тъ, то система совер­шает работу А1 = Q [Т в- Т0)/Т в. Если то же количество энергии Q имеет низкую температуру Тн < Тъ, то при условии Тн > Т0 система выполнит работу А7 = Q [Гн - TQ)/TH. Очевидно, что работа, выполненная концентрированной высокотемпературной тепловой энергией И,, больше работы, выполненной таким же количеством низкотемпературной тепловой энергии А^, так как при одном и том же количестве энергии О эксергия ее в первом случае больше.

Безразмерная величина ъ - Т0)/Тъ или и - Т0)/Ти может характеризовать эксергию, или качество энергии Q. Она выра-


Глава 3. Энергия в экосистемах

жается в долях (меняется от 0 до 1) или процентах (от 0 до 100 %). При Тъ = TQ или Тн = TQ не может быть выполнено никакой работы, эксергия равна 0. Только если температура окружающей среды близка к абсолютному нулю, величина [Т- Т0)/Т будет приближаться к предельному значению, т. е. к 1 (или 100 %).

Энергия высокого качества характеризуется высокой эксер­гией, большой степенью упорядоченности или концентрации и обладает низкой энтропией. Носителями таких форм энергии являются: электричество, уголь, нефть, газ, бензин, сконцентриро­ванная солнечная энергия, ядра урана-235, высокотемператур­ное тепло.

Энергия низкого качества характеризуется низкой эксер­гией и концентрацией, неупорядоченностью и высокой энтропи­ей. Носителем такой энергии является низкотемпературное теп­ло, находящееся в окружающем воздухе, в реке, озере, океане. Например, общее количество низкотемпературного тепла в Ат­лантическом океане больше количества энергии во всех нефтя­ных месторождениях Саудовской Аравии. Но океаническое теп­ло настолько рассеяно, что его нельзя практически использовать для полезной работы, так же как и тепло, рассеянное в воздухе.

Для создания энергии более высокого качества необхо­димы затраты энергии более низкого качества. Поток солнеч­ной энергии, вовлекаемый в цепь превращений в экосистемах, образует порядок и повышает эксергию преобразованной части •нергии.

В природе показателем качества энергии может слу­жить количество калорий солнечного света, которое дол­жно рассеяться, чтобы образовалась 1 калория более высококачественной формы энергии.

Преобразование солнечного света в пищевой цепи, или цепи генерации электричества, или другой цепи превращений сопро-вождается уменьшением количества и повышением качества акку­мулированной на каждом этапе энергии (рис. 3.4, 3.5).


 




Глава 3. Энергия в экосистемах


Глава 3. Энергия в экосистемах


 


Рис. 3.4. Изменение количества и качества энергии в пищевой цепи (по Ю. Опуму, 1986, с изменениями)

Рис. 3.5. Изменение количества и качества энергии в цепи генерации электричества (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями)

Чтобы образовалась 1 ккал биомассы растения, требуется приблизительно в 10 раз меньше килокалорий солнечного света, чем для образования 1 ккал биомассы растительноядного живот­ного и в 100 раз меньше, чем для образования 1 ккал биомас­сы хищника. Способность совершать работу единицы биомассы животного в соответствующее число раз выше, чем такой же биомассы растений (рис. 3.4). Рабочий потенциал электричес- кой энергии также во много раз выше рабочего потенциала древесины (рис. 3.5).

Показанные на рис. 3.4 и 3.5 схемы, конечно, условны. Многие исследователи пытались рассчитать количество энергии, аккумулированной на каждом этапе пищевой цепи, в реальных


экологических системах. Приведем некоторые данные для раз­ных экосистем (рис. 3.6): поля люцерны (Ю. Одум, 1975), реки в Африке (В. Klimuszko, 1995), озеро Каюга в США (П. Рейвн и др., 1990), горячего источника Сильвер-Спрингс в шт. Флори­да (Ф. Дре, 1976).

Рис. 3.6. Изменения количества и качества энергии в природных экосистемах на разных трофических уровнях («а» меняется от 1 до 9)

На рис. 3.6 видно, что количество солнечной энергии при превращении ее в биомассу растений и далее в биомассу травоядных и хищников на каждом этапе уменьшается на один-два порядка. Соответственно и качество ее по сравнению с качеством солнечной энергии возрастает на 1-2 порядка. В сущности, качество энергии измеряется длиной пути, пройден­ного ею от Солнца до конечного потребителя.


 




Глава 3. Энергия в экосистемах


Глава 3. Энергия в экосистемах


 


В табл. 3.1 показано число килокалорий некоторых видов энергии, необходимое для получения 1 ккал условного топлива. Таблица позволяет также выразить энергию различных видов в эквиваленте условного топлива (уголь, нефть, газ).

Таблица 3.1

Затраты энергии разного вида на получение 1 ккал условного топлива (по Г. Одуму, Э. Одум, 1978)

 

 

Источник энергии Затраты энергии на получение 1 ккап условного топлива, ккал Эквивалент условного топлива на 1 ккал
Рассеянная    
тепловая энергия 10 000 0,0001
Солнечный свет 2 000 0,0005
Биомасса растений   0,05
Древесина   0,5
Каменный уголь, нефть 1 0,25  
Электроэнергия  

Следовательно, рабочий потенциал ископаемого топлива в 2000 раз выше, чем рабочий потенциал солнечного света, но в 4 раза ниже рабочего потенциала электроэнергии. Чтобы солнеч­ный свет выполнял работу, равную работе, производимой углем или нефтью, его надо сконцентрировать или повысить его каче­ство в 2000 раз. Люди не смогут перевести автомобили и другие механизмы на солнечную энергию до тех пор, пока не найдут дешевого способа повышать ее качество.

Второй закон термодинамики подразумевает также, что практи­чески невозможно восстановить или повторно использовать высоко­качественную энергию для выполнения полезной работы.

3.2. Потоки энергии В естественных природных экосистемах в пищевых цепях не существует отходов. Все организмы,

живые или мертвые, являются пищей для других организмов: листву поедает гусеница, гусеницу съедает дрозд, дрозд становится жертвой совы, сова - ястреба и т. д. Когда листья, гусеницы, дрозды и совы умирают, они перерабатываются редуцентами, возвращающими минеральные вещества растениям.


Перенос энергии пищи в процессе питания от ее источника через последовательный ряд живых организмов называется пище­вой, или трофической цепью.

Трофические цепи - это путь однонаправленного потока солнечной энергии, поглощенной в процессе фотосинтеза, че­рез живые организмы экосистемы в окружающую среду, где неиспользованная часть ее рассеивается в виде низкотемпера­турной тепловой энергии.

Трофические цепи делятся на два основных типа: пастбищ­ные И детрИТНЫе (лат. detrytys - продукт распада).

Пастбищная цепь простирается от зеленых растений к консументам: растительноядным животным и затем к плотоядным животным (хищникам).

Детритная цепь начинается с мертвого органического вещест­ва - детрита, который разрушается детритофагами (лат. phagos -пожиратель), поедаемыми мелкими хищниками, и заканчивается ра­ботой редуцентов, минерализующих органические остатки.

Все организмы экосистем вовлечены в сложную сеть пищевых взаимоотношений. Пищевые цепи тесно переплетаются друг с другом, образуя пищевые, или трофические сети.

При каждом очередном переносе большая часть (80 - 90 %) потенциальной энергии пищи рассеивается, переходя в теплоту.


Дата добавления: 2015-07-20; просмотров: 143 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Следовательно, предметом экологии являются системы надорганизмемного уровня - популяционные, экологи­ческие и биосфера. | Главная цель экологии - узнать, как работают экосис­темы биосферы. | Отличительной особенностью эмерджентных свойств яв­ляется то, что их нельзя свести к сумме свойств подсистем, составляющих экосистем - это ее уникальные несводи­мые свойства. | Фотосинтез есть накопление части солнечной энергии путем превращения ее в потенциальную энергию хи­мических связей органических веществ. | Метаболизм - это совокупность биохимических реак­ций и превращений энергии в клетках живых организ­мов, сопровождающихся обменом веществ между организ­мами и средой. | Разложение органических веществ есть процесс, в ре­зультате которого организмы получают необходимые хи­мические элементы и энергию при преобразовании пищи внутри клеток их тела. | Именно преобладание скорости синтеза над скоростью разложения органических веществ и явилось причиной уменьшения содержания углекислого газа и накопления кислорода в атмосфере. | Весие главным образом за счет отрицательных обратных связей. | Биом - это макросистема, совокупность экосистем, тес­но связанных климатическими условиями, потоками энер­гии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности. | Второй закон термодинамики утверждает: при любых превращениях энергия переходит в форму, наименее при­годную для использования и наиболее легко рассеиваю­щуюся. |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Дыхание упорядоченной биомассы выполняет функ­ции «диссипативных структур» экосистем.| Организмы, получающие энергию Солнца через одина­ковое число ступеней, принадлежат к одному трофичес­кому уровню.

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.009 сек.)