11.1 Ентропія як носій енергії
Ми хочемо визначити енергетичний баланс для електричних опалювальних і нагрівальних приладів. Під електричним або нагрівальним приладом мається на увазі не що інше, як простий електричний провід, по якому протікає електричний струм і який, внаслідок цього, нагрівається.
Такий процес нагрівання, як відомо, має безліч застосувань: електроплитки, електропраски, електричні лампочки розжарювання. Ми знаємо, що, з одного боку, в нагрівальному приладі створюється ентропія, причому під час роботи прилад віддає свою ентропію.
З іншого боку, нам відомо, що електронагрівач змушений «витрачати» енергію, тобто енергія через сполучний кабель втікає з мережі в електричний прилад. Отже, носієм впадає в електронагрівач енергії є електрика.
Тепер необхідно, щоб ця енергія, яка постійно за допомогою електрики втікає в електричний прилад, випливала б з нього. Тому ми ставимо питання: Що є носієм цієї енергії? Відповідь на це питання досить простий. Поряд з енергією з приладу випливає також і ентропія, яка і є шуканим носієм цієї енергії.
Ми можемо це твердження узагальнити:
Потік ентропії завжди супроводжується потоком енергії. Ентропія є носієм енергії.
Електронагрівач належить до приладів, які ми раніше називали перезагрузчікамі енергії. Енергія з допомогою носія - електрики втікає в прилад.
У приладі створюється ентропія і енергія залишає прилад з цієї створеної ентропією. Тобто енергія перезавантажується від електрики на ентропію. На рис. 11.1 схематично показаний такий прилад. (Рис. 11.1. Діаграма потоків енергії. (Енергія; електронагрівач; енергія; електричний струм; ентропія)) (Рис. 11. 2. Повна діаграма потоків енергії. (Енергія; електронагрівач; енергія; електричний струм; ентропія))
В одному місці ця діаграма потоків не закінчена. Носій впадає енергії, тобто електрику, повинен з приладу знову витікати, так як електрику тут не може ні створюватися, ні зникати. З рис. 11.2 видно, що крім входу для електрики є також і його вихід. Врахуй, що енергія і електрику мають як вхід, так і вихід, в той час як ентропія має тільки вихід.
Це можна сформулювати також наступним чином: В електронагрівнику енергія перезавантажується на новостворену ентропію. Результати цих міркувань можуть бути перенесені і на інші процеси, в яких створюється ентропія. На рис. 11.3 представлена діаграма потоків печі, що працює на рідкому паливі. У цю піч втікає енергія за допомогою носія «рідке паливо + кисень». У процесі створення тепла рідке паливо і кисень перетворюються у вихлопній газ, що містить водяну пару і вуглекислий газ. При згорянні створюється ентропія і енергія залишає піч з цієї ентропією.
11.2 Зв'язок між потоком енергії і потоком ентропії
Кожен потік ентропії супроводжується потоком енергії. У якому зв'язку один з одним перебувають ці два потоки? Часткову відповідь на це питання дати досить легко: Сила потоку ентропії повинна бути якось пов'язана з силою потоку енергії.
Можна сказати ще точніше: Два однакових за силою потоку ентропії несуть вдвічі більше енергії, ніж один з них. Математично це положення виражається наступним чином: P. S (1) Це співвідношення між P і. S. не є закінченим.
Для того щоб визначити відсутню частину цього виразу, звернемося знову до енергетичного балансу, але не для електрообігрівача, а для електричного теплового насоса, який краще підходить для розуміння цієї проблеми. (Рис. 11.5. Діаграма потоків енергії для теплового насоса. (Енергія; тепловий насос; енергія; Електричного ток; ентропія)) На рис. 11.5 представлена діаграма потоків цього перезагрузчіка енергії. В цьому випадку для кожного випливає потоку існує такої ж сили впадає потік, в тому числі і для потоку ентропії.
Енергія знову вводиться в пристрій носієм - електрикою. Електрика залишає тепловий насос після того, як воно віддало свою енергію. З іншого боку, в тепловий насос втікає ентропія, на яку і перезавантажується прийшла з електрикою енергія. Ця енергія залишає насос разом з усіма пов'язаними з нього ентропією. Розглянемо більш уважно праву частину діаграми потоків.
Права стрілка енергії являє собою енергію, яка була отримана від електрики. Праву частину цієї діаграми можна ще точніше змалювати таку картину, як це показано на рис. 11.6. Тут видно, що втікає в тепловий насос ентропія також несе енергію.
При цьому випливає ентропія несе більше енергії в порівнянні з впадає ентропією, тобто існує додаткова добавка енергії до енергії, отриманої від електрики. Отже, на рис. 11.5 представлені тільки так названі «чисті» потоки енергії. (Рис. 11.6. Тепловий насос. Тут докладно представлені потоки енергії, які течуть з ентропією. (Енергія; тепловий насос; енергія; електричний струм; енергія; ентропія))