Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии

Мы уже видели, что любая упорядоченная энергия (с энтропией S = 0, рис. 3.7) может быть всегда полностью переведена в любой другой вид энергии; напротив, если энергия в той или иной степени неупорядочена (S > 0), то на ее способность к превращениям второй закон налагает определенное ограничение. Чем больше эта энтропия, тем энергия менее качественна и тем меньше высококачественной (безэнтропийной) энергии (например, работы или электроэнергии) она в данных условиях может дать. Это означает, что безэнтропийная энергия может служить как бы эталоном, общей мерой качества, работоспособности любого вида энергии. Она и была названа эксергией. В такой общей мере (эксергии), конечно, «спрятана» внутри энтропия как некая базовая величина; это необходимо, но недостаточно. Кроме нее в эксергию неизбежно должны входить и другие величины, характеризующие как энергию, так и ту окружающую среду, в которой энергия используется.

Действительно, представим себе, например, что мы располагаем 100 единицами (кДж) теплоты Q при разных температурах T = 500, 1000 и 1500 К. Отнеся Q к T, мы будем знать энтропию, но ответа на вопрос, какую работу можно получить, располагая этой теплотой (т. е. какова его эксергия), мы не получим. Для этого нужно найти ее работоспособность, эксергию, т. е. максимальную работу, которую она может дать.

Эта величина — эксергия теплоты Eq — определяется по той самой формуле Карно-Клаузиуса, о которой мы уже говорили в предыдущей главе (L = Q∙(T₁-T₂)/T₁). Кроме температуры Т₁ в формулу входит и температура теплоприемника Т₂, которая в нашей задаче соответствует температуре окружающей среды Т_О.С.. Примем ее равной 300 К (+27 °С).

Тогда работоспособность (эксергия) 100 кДж теплоты составит: для первого случая Eq₁ = 100∙(500-300)/500 = 40 кДж, для второго — Eq₂ = 100∙(1000-300)/1000 = 70 кДж и для третьего Eq₃ = 80 кДж.

Очевидно, что при других Т_О.С. значения эксергии будут тоже другими, поэтому учитывать ее нужно обязательно.

Характерно, что сторонники «энергетической инверсии», т. е. извлечения теплоты из окружающей среды, превращения ее в работу и создания на такой основе ppm-2, не признают очевидного факта зависимости работоспособности теплоты от температуры. Это и естественно. Согласие с существованием такой зависимости неизбежно приводит к краху всей концепции ppm-2, поскольку «теплота окружающей среды» при Т = Т_О.С. никакой работы дать не может. Тем не менее В.К. Ощепков пишет: «Калории есть калории, независимо от того, при какой температуре они измерены» и далее, чтобы не оставить никаких сомнений в смысле этого утверждения: «В природе нет и не может быть энергии более ценной и менее ценной — энергия всегда есть энергия» [3.1].

Естественно, что никаких научных доказательств этого, мягко говоря, странного тезиса не приводится. Игнорируется не только все, что сделано в термодинамике за последние 150 лет, прошедшие со времен Карно, но и все, что мы наблюдаем в природе и используем в технике.

Аналогично тому, как это делается для потока теплоты, можно определить и эксергию любого вида внутренней энергии, связанной с каким-либо телом. В определении эксергии в зависимости от того, с какой энергией мы имеем дело, могут участвовать не только температура, но и другие величины, например давление.

Если мы располагаем, например, баллоном, содержащим под определенным давлением р₁ = 10 МПа, то в земной атмосфере с давлением р₂ = 0,1 МПа он будет иметь работоспособность, которую можно реализовать, заставив его, скажем, вращать турбину, в которой газ расширится до 0,1 МПа.

Но если поместить такой баллон, например, в венерианскую атмосферу при р₂ = 10 МПа, или в глубину моря, где такое же давление, то работоспособность (эксергия газа) в нем будет равна нулю (давления р₁ и р₂ равны — газ в баллоне энергетически «мертв»).