Неплохая статья, концептуально показывающая принципы развития энергетики и цивилизации. Замечу, кстати, что правильная философия должна быть основана на физике и законах мироздания, а не на праздных измышлениях нечесаных умников, которых транснациональная олигархия назначила "умом и совестью", - исходя, конечно, не из задач, стоящих перед цивилизацией, а из своих интересов удержания власти и контроля :-)
Энтропия, Энергия и Порядок Вселенной
Проще легкого увязнуть в бесконечных дискуссиях на тему, какие типы энергии мы должны использовать и как. Типичная проблема таких дискуссий, что они затушевывают определенные фундаментальные концепции физики, которые и должны быть определяющими факторами при принятии решений.
Давайте поговорим о законах термодинамики. Они появились в эпоху пара, когда инженеры ломали голову, как получить больше энергии (работы) из паровых машин. Со временем такие великие ученые как Максвелл, Карно, Больцман, Кельвин и другие вывели эти фундаментальные законы. Со временем стало ясно, что эти законы представляют более широкую концепцию - энтропия.
Что такое энтропия? Если попросту это степень беспорядка и случайности в системе.
А что такое "порядок"? Проще всего представить это как "организованность". Твердые тела более упорядочены, чем жидкости, которые более упорядочены, чем газы. Большие комплексные молекулы (к примеру, хлорофилл) больше упорядочены, чем простые (кислород, вода и т.д.). Материя более организована, чем энергия. Даже сами простейшие атомы содержат в себе огромные объемы упорядоченности - подумайте, как нейтроны, электроны и протоны организованы и сбалансированы внутри каждого атома.
Каждый раз когда порядок сменяется на беспорядок генерируется энергия. Если атомы уничтожаются, генерируется энергия, а энтропия нарастает. Если связи в молекуле распадаются, генерируется энергия, а энтропия нарастает.
Вселенная в целом движется в сторону энтропии.
Тут возникает путаница и недопонимание - ибо наш ежедневный опыт показывает сокращение энтропии. К примеру, солнечная энергия попадает на листочек дерева и создает комплексный углевод. Разве использование энергии низкого порядка для создания нового порядка в листочке не нарушает закон термодинамики?
Нет, не нарушает. Для создания этого лучика света внутри Солнца каждую секунду 600 миллионов тонн вещества конвертируется в энергию. Это огромный поток от порядка (атомы) к беспорядку (энергия). Листочек лишь возвращает небольшую долю этой энергии обратно к порядку.
В ночном небе вы видите тысячи машин, генерирующих энтропию.
Этот пример иллюстрирует следующую фундаментальную концепцию - хотя поток в целом идет от порядка к беспорядку, в этом потоке возможны вихри / водовороты, где порядок нарастает и аккумулируется.
Почему атомная энергия настолько более мощная по сравнению с другими формами энергии? Кубический метр урана может дать энергии в 3 миллиона раз больше кубического метра угля. Почему? Ядерный реактор уничтожает материю и конвертирует ее в энергию. Это соответствует "основному" направлению потока нарастания энтропии.
А уголь представляет окаменелую солнечную энергию. Это часть "водоворота", в направлении роста упорядоченности, захватившая небольшую часть ядерной реакции внутри Солнца. То есть использование угля это использование вторичных последствий ядерной реакции внутри Солнца.
Все формы энергии можно ранжировать по степени изменения упорядоченности к беспорядку:
- электромагнитная энергия (солнечная)
- движение атомов (ветер, приливы, гидроэнергия)
- химическое разрушение молекул (дрова, нефть, газ, уголь)
- разрушение атомных структур (атомная энергетика, геотермальная, термоядерная)
- полное разрушение материи (антиматерия)
Почему геотермальная стоит рядом с атомом и термоядом? Жар планеты это продукт естественного радиоактивного распада, что соответствует атомной энергетике.
Атомная энергия, термояд, геотерм и антиматерия - "энтропически позитивны", так как получают энергию от разрушения порядка в атомах.
Ископаемые топлива, дрова, гидроэнергия, ветряки - это "энтропические вихри". Это просто плод работы других энтропически позитивных источников, часть которых случайным и несущественным образом была сконцентрирована, и может быть собрана в виде "урожая". Солнечная энергетика представляет собой деградировавший порядок в самой низшей форме - сперва конвертируется одна форма энергии (видимый свет) в более низкую форму (инфракрасное излучение), собирая в качестве "урожая" весьма маленькую долю оставшегося порядка.
Чем больше беспорядка имеет источник энергии, тем более сложным будет механизм, собирающий эту энергию в качестве "урожая". Упорядочим по сложности сбора урожая источники энергии:
- полное разрушение материи (антиматерия)
- разрушение атомных структур (атомная энергетика, геотермальная, термоядерная)
- химическое разрушение молекул (дрова, нефть, газ, уголь)
- движение атомов (ветер, приливы, гидроэнергия)
- электромагнитная энергия (солнечная)
Кто-то думает, что развитие атомной энергетики очень сложно, а солнечной очень просто?
Нет. Антиматерия превращается в энергию сама - все что ей нужно, это войти в контакт с с материей.
Термояд? Да, сложно сделать на планете, но посмотрите на триллионы звезд. Это триллионы термоядерных реакторов. Для запуска нужно лишь собрать достаточно много атомов, легче чем свинец.
Атомная? Все что нужно - собрать правильный набор атомов вместе. Иногда это случается даже естественным путем.
Почему атомная энергия такая дорогая? Чтобы защитить нас от гигантских потоков освобождаемой энергии. Основная задача атомного реактора - контролировать скорость производства атомов урана. Иначе они дадут слишком много энергии сразу и разрушат реактор. Сам по себе запуск реакции прост, сложность состоит в том, чтобы она не разогналась.
В этом смысле химические реакции для запуска требуют больше усилий - нужно собрать вместе правильные атомы и создать правильные условия. Уголь или дрова не будут гореть без кислорода и источника зажигания. То есть вместо одного урана для запуска атомной реакции, тут потребуется как минимум три разных типа атомов. Но система для сбора химической энергии остается еще относительно простой.
Гидроэнергия? Требуется еще более комплексная структура для сбора этой энергии. Простейшая форма сбора энергии от угля - это собрать кучу и поджечь. Водная энергия требует уже создания механизма - например, водное колесо. Уровень сложности системы для сбора энергии резко повысился, потому что источник энергии стал более беспорядочен.
Для сбора энергии от ветра потребуется еще более сложный механизм - просто потому, что газ более беспорядочен, чем вода.
И вот, напоследок, солнечная энергия. Панели для ее сбора организованы на атомном уровне. Это очень упорядоченные объекты, только так и можно собрать "крошки" энергии, которые имеются в излучении. Даже простейшая форма сбора солнечной энергии - лупа - требует сбор очень специфичных материалов и их последующую обработку для создания линзы.
С этой точки зрения многие вопросы становятся более понятными. Почему возобновляемая энергетика имеет плохие показатели возврата EROEI? "Добывающие" механизмы должны иметь порядок, компенсирующий его нехватку или отсутствие в источнике. А чтобы создать этот порядок - нужно затратить много энергии.
Почему плохо работает проект Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)? Потому что вы пытаетесь сделать плохо упорядоченные потоки тепла в океане еще более беспорядочными, что требует большой и дорогой механизм, что превращает EROEI процесса в руины. Аналогично вопрос обстоит и с солнечными панелями - очень много порядка требуется создать, чтобы вытащить "крошки" энергии из беспорядка.
Многие вопросы могут быть сняты, если смотреть на энергию в терминах энтропии. Какое количество порядка будет уничтожаться, и какова сложность механизма? Основан ли источник энергии на более высокой или низкой степени энтропии?
Отличная обзорная статья, иллюстрирующая важность подхода к явлениям с точки зрения анализа на основе структурированности и прогноза на основе потоков.
Не без ошибок. Структурирование на основе электромагнетизма намного энергетичнее гравитационного. Но это уже надо мой цикл читать, с начала. Там более подробно.
https://m.aftershock.news/?q=node/561479
Придется, пожалуй, его продолжить.
Комментарии
Вполне вменяемый подход. То, до чего у человечества могут руки дотянуться, про это и пишет. Бессмысленно рассматривать то, что мы даже теоретически не можем освоить на данном этапе.
Мой тезис - скорее не критика, а ответ критикам статьи за разделение в общем-то единой физики. Автор изначально задается вопросом: "какие типы энергии мы должны использовать и как", ранжирование проистекает отсюда, а не по плотности энергии.
Мы знаем, что есть облака водорода гиганских размеров. Энергии там навалом, но добраться до нее не поедставляется возможным.
Появится тех возможность - будет и разговор. Как то так.
Человечество постоянно идёт по пути уплотнения энергопотока. От собирательства к посеву с использованием мускульной силы человека, потом лошадки, далее сталинский трактор, сегодняшний трактор (две большие разницы), так же от камня к бронзовому и далее, железному веку. Почему вы решили что после конца нефти Фукуяма наступит?
Как только человечество почувствует недостаток в нефти тут же начнется мировая война, а это не только сплошные минусы но и немножко плюсов в виде технологических прорывов.
найдётся материал заменяющий нефть, в крайнем случае синтез из угля. Или прямой синтез из углерода. А то что кто-то пострадает при переходе, ну не без этого, однако в бутылочное горлышко с вымиранием 70-90 % я не верю.
EROI синтеза из угля Германия уже отведала на практике.
После чего ломанулась как камикадзе на СССР - потому что Гитлер понял, иначе Германия теряет суверенность и становится шнырем у тех, кто контролирует поставки энергии.
Какой Гитлер глупый был, надо было просто, как современные немчики, доить Россию за фантики. И народу бы, дегенерат, столько бы не уложил.
ВИЭ базируется на плотности солнечного потока. Это фундаментальное ограничение, которое не может быть преодолено.
Зеленые технологии имеют свойство сбиться с пути эпохи собирательства, в которой они пока находятся. Как только захочется безопасно расщепить молекулу воды без потери энергии, то глядишь и начнутся доказательства полезности с точки зрения экологии, а то, что вода может закончиться.. то это произойдет не скоро и об этом тревожиться не надо.
Где тут энтропия? А она ушла в трансцендентность.
Статью-то читал,вообще? Очень умная статья.
И в чем же такой прогресс за последние 30 лет? Остатки углеводородов утилизируют под видом на бесполезную 'зеленку' с отрицательным EROI.
Так...навскидку...Крупная река без ГЭС: Печора...Северная Двина....Или к примеру река Лена.
Хе, помимо "много воды течет" надо еще и ряд других, немаловажных условий обеспечить. А про это, случайно забывают )))
Вы упустили один момент.
Термоядерная реакция - это уменьшение энтропии. Создаются более сложные элементы.
Скорее это "вихрь" в терминах предложенных выше, так как массы несколько отличаются.
Само собой. При синтезе нового элемента в Солнце излишек сбрасывается.
Однако - водород -> гелий (- лишка в сторону), это явно не энтропийный процесс.
Ну так и фотосинтез не энтропийный процесс. Однако для его запуска нужен энтропийный процесс, а он - лишь "вихрь" в этом процессе.
Совершенно точно это не вихрь, а именно энтропийно негативный процесс. Из простых атомов образуются более сложные.
Термояд и живые организмы это вообще дыра в энтропийнлй теории.
И нще в статье упоминается геотермальная энергия как энергия радиоактивного распада. Это что то новенькое.
> Из простых атомов образуются более сложные.
Баланс составьте. Сколько энергии освободилось и сколько энергии потребовалось на образование нового.
При чем тут баланс. Вне зависимости от баланса идет процесс усложнения.
Термояд с точки зрения энтропийной теории вообще не возможен. Два простых ядра слились, да при этом еще и энергия выделилась. Это прямое нарушение принципа неубывания энтропии. То же относиься к живым существам.
Кстати, то что термояд до сих пор не удается укротить на земле как бы намекает.
любой процесс во вселенной- периодичен. а мы чаще всего видим только одну его фазу.
гелия получается меньше,чем водорода.Т.о.,хоть гелий и более сложный атом,однако его становится меньше.И в абсолютном значении энтропия вырастает,хотя в относительном-падает
Ээээ.... Нет
нет что?
Вот это
с удовольствием соглашусь,что я неправ,когда Вы мне это обоснуете
Ну увидели вы создание нового элемента из простых вот в это время и в этом месте, и это уже опровергло "неубывание энтропии"?? В другом месте обязательно энтропия выросла. Земля открытая система, на нее постоянно энергия поступает упорядочивая ее систему, но на солнце (главный источник энергии для земли) энтропия растет. Что тут не ясного?
И живое не может жить не увеличивая энтропию где-либо. Вы сожрете в день примерно 1 кг упорядоченных растений, животных продуктов, а высрете все разорванное на более простые элементы. Это так просто, что не понятно откуда вы берете такие выводы.
Очень удобно валить все на "где то". К сожалению, как говорит мой сын, "это так не работает". Отвечайте здесь и сейчас. В данном месте энтропия убыла и это факт.
Живое вообще не подчиняется этому принципу. Не важно, вышло что то из живого или нет. Просто почитайте статьи на эту тему, раз вам что то не понятно.
Ау. Это физика. Тут даже формул не надо. И если вам не понятно то я бессилен.
Вы за пределы своей квартиры не можете выйти. Что вам отвечать? У вас энергия из розетки берется и будет там вечно, а вы только и будете, что энтропию убывать в своем уголке.
ПЦ рекомендация. Вы то что прочли? Учебник физики осилили? Порекомендуйте хоть одну статью мне, будьте так любезны.
кстати, а "энтропия" - это же человеческое понятие, своего рода "договоренность". т.е. это люди договорились, что они посчитали упорядоченностью, а что неупорядоченностью.
а если смотреть на систему не от Человека, а от Вселенной? тогда для условной "вселенной" сложные состояния, неуравновешенные состояния могут быть как раз "непорядком", т.е. энтропией ;)
Т.о. наша человеческая "энтропия" - это с т.зр. вселенной как раз "порядок", и поэтому она к нему стремится.
При этом поразительна упорядоченность (или, по-вселенски, хаос), именно у живых организмов, когда на протяжении миллиардов лет одна и та же молекула воспроизводится с огромной точностью. Такого не выдерживает не один камень - максимум несколько тысяч лет каменным манускриптам.
Энтропия - это не гуманитарная "договоренность". Это величина, которую теоретически можно посчитать через вероятности. У неупорядоченных состояний систем она высокая (большая вероятность), у упорядоченных, состоящих из того же набора элементов - низкая (мала вероятность).
понятно, что можно посчитать. договоренность в смысле с какой стороны считать
Понеслась демагогия и забалтывание...
Если составлять баланс правильно, то в термоядерных реакциях, а правильнее в ядерном синтезе, выход энергии выше чем затраты на запуск. И причина в том что в балансе надо учитывать весь комплекс уровней упорядочивания, а не только верхний. В ядерных реакциях разрушается упорядоченность только верхнего уровня, субатомный остается неизменным, и только эта энергия высвобождается. А в термоядерных происходит перестройка нескольких уровней и энергия получается в несколько потоков. Но это касается не всех синтез преобразований, а только тех, что идут в звездах. Например фотосинтез является не химической реакцией, а квантовой и формально может относится к холодному ядерному синтезу.
Вдобавок надо понимать что синтез, как и жизнь вообще, не исключение а фундаментальная закономерность вселенной. Не имея физических оснований сам по себе синтез, а жизнь и тем более, не возникнут. . Так что вселенная рождается из энтропии, но функционирует по негэнтропийным законам...
Простите, а как Вы определяете, что есть квантовые, а что есть химические реакции?
Это было об этом
Круто... спасибо.
Только зачем Вы вводите термин "квантовые реакции" и противопоставляете их химическим реакциям? Любая химическая реакция состоит в перестройке электронных оболочек участвующих атомов или молекул, а это есть квантовый процесс, описываемый аппаратом квантовой механики.
В статье описывается процесс переноса электронного возбуждения посредством специфического квантового эффекта, который не наблюдается (пока) в других химических реакциях. Но это не делает реакцию фотосинтеза какой-то специальной, не химической, квантовой реакцией, поскольку любая химическая реакция построена на квантовых эффектах.
Об этом прямо сказано во втором абзаце параграфа "Квантовая когерентность при фотосинтезе".
Химия - классическая физика. Для описания её эффектов можно использовать систему символов любого нижестоящего уровня, хотя зачастую он избыточен. Так что использование квантового формального аппарата вполне достоверно описывает причинно-следственные зависимости, но при этом не отменяет того факта, что квантовая структура реагентов не изменяется. в основной массе химреакций. И пока холодный ядерный синтез не станет доказанной обыденностью в научном ландшафте, ожидать фундаментального реформирования понятийного аппарат химии не приходится. А у нас контекст как раз с активными преобразованиями именно квантовой структуры, а не только объединенного эл.облака. Вот и приходится выделять границы в устоявшихся терминах. Хотя в принципе можно было бы обозначить и как структурная энергия электронов, структурная энергия ядер, структурная энергия нуклонов и т.д., но согласитесь что это уже выглядит монструозно для нашего уровня обсуждения.
Не из энтропии (высоковероятного состояния), а наоборот, из сингулярности (низковероятного состояния). Закономерность - не синтез, вернее не только синтез, но вообще образование локальных диссипативных структур, как осколков первоначальной всеструктурированности.
Это из разряда вопросов "Где будем делать талию?" Та же проблема и с границами открытости. Процесс вообще-то волюнтаристский и напрямую зависит от степени сложности модели в контексте возможностей интеллекта исследователя, а не на основании физических причин. И это заметно по той же работе Пригожина, в которой он изящно показал отсутствие внешнего (по отношению к принятой границе системы) агента как источника порядка. но даже и не пытался доказать и вторую часть - отсутствие внутреннего агента порядка. Но это пол беды. Главная проблема в том что сингулярность как источник осколков является внешним агентом порядка для любого осколка. А это противоречит как минимум Пригожину.
То, что это правильнее называть ядерный синтез, согласен.
То, что выход энергии больше, это предположение. Оно было похоже на правду раньше, но сейчас есть много свидетельств, что это не так. Тут и солнце, и экпериментальные установки и водородные бомбы, все вместе.
Ну да. Я не настолько на ты с математикой, что бы вот так с лету просчитать энергию связей от кварков до молекул для всех типов реакций синтеза. Поэтому приходится прикидывать на коленке по структуре событий. А структура говорит что квантовые события с отрицательным балансом - черная дыра. Опять же в реакциях распада преобразования идут по линии нестабильности без преобразования нуклонов. Вдобавок у трансурановых энергия связей минимальна. А в синтезе помимо высокой энергии связи нуклонов, выделяется ещё энергия трансформации нуклонов. Так что баланс у последних на порядки выше первых. Другой вопрос утилизация выделяемой энергии. А вот тут и правда имеют место проблемы сводящих энергетический выхлоп почти до нуля. Но это разные контексты. И если первый от нас не зависит, то второй суть технологического развития. И чем он ниже, тем выше потери на преобразовании.
Не принципиально, но таки скажу: термоядерный синтез осуществляется не до свинца, а до железа. Железо - предел синтеза.
Вихри - это частный пример. Общее понятие - диссипативные структуры:
https://m.aftershock.news/?q=node/566002
за счет чего выделяется энергия при термоядерной реакции?
За счёт Е равно ЭМЦЭ Квадрат.
Нет,это уравнение просто,в общем виде.Я спрашиваю,за счет какого физического процесса?
за счёт синтеза ...В этом уравнении и есть самый цимус!...Дефект массы превращается в энергию.
это просто общие слова,какой такой дефект массы,массы чего?
Вам никто не сможет ответить.
Ученые не понимают процессов идущих в микромире. Наблюдают, экспериментируют пробуют использовать, но не понимают.
т.е Вы не в курсе?
Страницы