Kas ir ekserģija?

Šajā ziņā ekserģijas izmantošana veicina paša Visuma kopējo entropiju. Tas ir tāpēc, ka entropija atspoguļo tendenci uz maksimālu enerģijas sadalījumu līdz vietai, kur vairs nav iespējams notikt pārmaiņas, ko kodolīgāk dēvē par karstuma nāvi. Karstuma nāves jēdziens atspoguļo periodu tālā nākotnē visam Visumam, kas tiek uzskatīts par slēgtu sistēmu, kurā ārējā enerģija nekad neieplūst. Galu galā tiek prognozēts, ka enerģija siltuma pamatformā tiks vienmērīgi sadalīta visā telpā, radot pilnīgi viendabīgu vidi, kurā pati dzīvība nebūtu iespējama. Tāpēc ekserģijas enerģijas analīze ir metode, kā ņemt vērā dabisko, plaši izplatīto entropijas procesu un aplūkot to mazākā lokālā mērogā attiecībā uz mašīnām vai jebkuram sakārtotam procesam vai radījumam, kas patērē enerģiju, lai darbotos vai dzīvotu augstākā stāvoklī. pasūtījums.

Ķīmiskās ekserģijas mērīšana var būt svarīga, jo tā ir veids, kā attēlot dabas resursu patēriņu un neizbēgamo daļu šo resursu masas zudumu uz Zemes, kad tie tiek pārvērsti siltumā, kas tiek zaudēts kosmosā. Automašīnas dzinējs ir labs piemērs sistēmai, kas darbam patērē spēku. Tā kā enerģija degvielā, ko dzinējs sadedzina, dzinējā tiek pārvērsta siltumā un spiedienā, šī enerģija siltuma un mehāniskās kustības rezultātā tiek izvadīta uz ārējo vidi, kas galu galā tiek pārnesta kosmosā un vairs nav atgūstama lietderīgam darbam.

Ekserģija šādā veidā atbilst otrajam termodinamikas likumam, kas nosaka, ka dažādiem enerģijas līmeņiem starp sistēmām vai ķermeņiem ir tendence laika gaitā izlīdzināties. Pirmais termodinamikas likums atbilst arī principam, kurā teikts, ka matēriju nevar ne radīt, ne iznīcināt. Tā kā ekserģijas analīze ir metode, kā aprakstīt pieejamo enerģiju sistēmā, kas var veikt darbu, tā neapgalvo, ka enerģija ir iznīcināta, bet gan tikai, ka tā ir sasniegusi stāvokli, kurā sistēma to vairs nevar izmantot.

Sistēmas ekserģijas attīstības aprēķināšanu var veikt ar dažādām matemātiskām formulām. Tie ir atkarīgi no tā, kā enerģija tiek izmantota sistēmā, vai radīt ekserģisku siltumu, spiedienu, skaņu, gaismu vai citus noderīgu, uz enerģiju balstītu darbu veidus. Viena formula, ko izmanto, mēģinot attēlot visus faktorus, ir:

Ε = U – Ueq + po(V -Veq) – Τo(S – Seq) – Σμo(ni – nieq)i.

Formulā U, V, S un ni apzīmē faktorus sakārtotā sistēmā, piemēram, mašīnā vai dzīvības formā, kas ietver tās iekšējo enerģijas līmeni, masu pēc tilpuma un raksturīgo entropiju. Tā lielums, ko mēra pēc tā molekulmasas. Vērtības, kas attēlotas ar po, To un uo, ir ārējās vides vietturi, tostarp spiediena, temperatūras un ķīmiskās mijiedarbības. Eq vērtība apzīmē termodinamisko līdzsvaru, uz kuru visas sistēmas virzās ar apkārtējo vidi.

Lai gan ekserģijas un entropijas palielināšanās tiek uzskatīta par izcilu piemēru tam, kā jebkura pastiprināta kārtība, kas ieviesta matērijā, galu galā tiks atcelta, šāda koncepcija ir balstīta uz domu, ka Visums ir slēgta sistēma. Tāpat kā pulkstenis, kas pakāpeniski iet uz leju, tiek uzskatīts, ka visi sakārtotie procesi virzās uz maksimālās entropijas un nejaušības stāvokli. Tomēr, ja Visums ir atvērta sistēma, kurā ieplūst ārējā enerģija, kā tas nepārtraukti notiek uz Zemes ar Saules enerģiju, tad pieaugošā kārtība var ilgt bezgalīgi. Abas fizikas teorijas, kas postulē vairāku paralēlu, savstarpēji mijiedarbīgu Visumu multiversu vai augstāku spēku, kas pārrauga kosmosu, liecina, ka Visums varētu būt atvērta sistēma, kurā enerģija ienāk no ārpuses un tiek papildināta ekserģija.