Преобразование энергии
Преобразование энергии , также известное как преобразование энергии , представляет собой процесс перехода энергии из одной формы в другую. В физике энергия — это количество, которое обеспечивает способность выполнять работу (например, подъем объекта) или выделяет тепло . В дополнение к преобразованию, согласно закону сохранения энергии , энергия может передаваться в другое место или объект, но не может быть создана или уничтожена.
Энергия во многих ее формах может использоваться в естественных процессах или для оказания некоторых услуг обществу, таких как отопление, охлаждение , освещение или выполнение механической работы для приведения в действие машин. Например, для обогрева дома печь сжигает топливо, химическая потенциальная энергия которого преобразуется в тепловую энергию , которая затем передается воздуху в доме для повышения его температуры.
Преобразование в тепловую энергию из других форм энергии может происходить со 100% эффективностью. [1] [ самопубликованный источник? ] Преобразование среди нетепловых форм энергии может происходить с довольно высокой эффективностью, хотя всегда есть часть энергии, рассеиваемой термически из-за трения и подобных процессов. Иногда эффективность близка к 100%, например, когда потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию при падении объекта в вакууме. Это относится и к противоположному случаю; например, объект на эллиптической орбитевокруг другого тела преобразует его кинетическую энергию (скорость) в гравитационную потенциальную энергию (расстояние от другого объекта) по мере удаления от родительского тела. Когда он достигнет самой дальней точки, он изменит процесс, ускоряя и преобразовывая потенциальную энергию в кинетическую. Поскольку космос представляет собой почти вакуум, этот процесс имеет эффективность, близкую к 100%.
Тепловая энергия уникальна, потому что она не может быть преобразована в другие формы энергии. Для совершения работы может быть использована только разница в плотности тепловой/тепловой энергии (температура), а эффективность такого преобразования будет (намного) меньше 100%. Это связано с тем, что тепловая энергия представляет собой особенно неупорядоченную форму энергии; оно распределяется случайным образом среди многих доступных состояний набора микроскопических частиц, составляющих систему (говорят, что эти комбинации положения и импульса для каждой из частиц образуют фазовое пространство ). Мерой этого беспорядка или случайности является энтропия, и его отличительной чертой является то, что энтропия изолированной системы никогда не уменьшается. Нельзя взять систему с высокой энтропией (например, горячее вещество с определенным количеством тепловой энергии) и преобразовать ее в состояние с низкой энтропией (например, низкотемпературное вещество с соответственно более низкой энергией), без того, чтобы эта энтропия не ушла куда-то еще. (как окружающий воздух). Другими словами, невозможно сконцентрировать энергию, не распределяя ее где-то еще.
Тепловая энергия в равновесии при данной температуре уже представляет собой максимальное выравнивание энергии между всеми возможными состояниями [2] , поскольку она не может быть полностью преобразована в «полезную» форму, т. е. такую, которая может делать больше, чем просто влиять на температуру. Второй закон термодинамикиутверждает, что энтропия замкнутой системы никогда не может уменьшаться. По этой причине тепловая энергия в системе может быть преобразована в другие виды энергии с эффективностью, приближающейся к 100%, только если энтропия Вселенной увеличивается другими способами, чтобы компенсировать уменьшение энтропии, связанное с исчезновением тепловой энергии. и его энтропийное содержание. В противном случае только часть этой тепловой энергии может быть преобразована в другие виды энергии (и, следовательно, в полезную работу). Это связано с тем, что оставшаяся часть тепла должна быть сохранена для передачи в тепловой резервуар с более низкой температурой. Прирост энтропии для этого процесса больше, чем уменьшение энтропии, связанное с превращением остального тепла в другие виды энергии.
