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

Пора осмотреться, сопоставить достигнутое с ценой. Полтора века назад Карно сделал первый шаг к науке о тепле, пора делать следующий» [93] Интересно отметить разнобой по отношению к основателю термодинамики — С. Карно у разных опровергателей этой науки. Заев все же делает реверанс в его сторону. Но другой — А.А. Вичутинский — пишет о «несостоятельности» цикла Карно, утверждая: «Цикл Карно — это ошибочная модель». .

Вот так!

Г.В. Скорняков пошел дальше, обвиняя термодинамику уже не только в «ошибках», а прямо во вредительстве. Он писал [5.11]: «термодинамика не только не способствовала существенному прогрессу в практике преобразования тепла в работу, но и привела к дезориентации как инженерной, так и общественной мысли». Это прямо некий «антитермодинамический манифест», возводящий борьбу с этой зловредной наукой на уровень задачи общества. Интересно представить, как бы реагировал на его идеи А. Эйнштейн, который утверждал, что «термодинамика — это единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее понятий она никогда не будет опровергнута».

К счастью великий физик не имел случая читать «труды», процитированных выше и им подобных «опровергателей» науки. Академики Л. Арцимович, П. Капица и И. Тамм [2.8.] уже четко и коротко определили все это как «концентрацию невежества».

На этом разговор о ppm можно было бы и закончить, но в заключение нужно сказать несколько слов о другом. Призыв «осмотреться» по существу ставит под сомнение тот путь, по которому «под единым стягом термодинамики» идет, тратя «рубли, доллары, франки» и другую валюту, современная энергетика. Давайте осмотримся.

Начнем с того, что напомним истину, с которой согласны сейчас все: единственно правильное, научно обоснованное направление развития энергетики — такое, которое позволяло бы наращивать ее мощности в необходимом человечеству темпе, но так, чтобы сохранить (и даже улучшить) окружающую природную среду. Если дальше наращивать энергетические мощности, не задумываясь о локальных и глобальных экологических последствиях, или откладывать заботы об этом на будущее, то последствия могут быть опасными. Каковы же намечаемые наукой пути развития энергетики, позволяющие решить эту задачу так, чтобы одновременно выполнить оба требования?

Ясно, что при настоящем научном подходе нужно оставить в стороне псевдоэнергетику, которая хотя и обещает все, но, как мы знаем, не сулит в реальности ничего, поскольку надеется «обмануть природу». Остается рассчитывать только на те энергетические ресурсы, об использовании которых «можно договориться с природой».

Чтобы установить, каковы они, нужно прежде всего с принципиальных позиций рассмотреть энергетический баланс нашей планеты (в широком смысле слова, учитывая не только его количественную, но и качественную сторону).

Начнем с общего энергетического баланса, не вникая пока в его качественные аспекты. Земля получает от Солнца примерно 170∙10 15Вт энергии [1.11]. Около 34% этого количества сразу отражается в космос. Остальная часть участвует в различных превращениях в атмосфере, гидросфере и на поверхности Земли, после чего тоже уходит в мировое пространство. Таким образом, вся полученная от солнца энергия, независимо от ее путей на Земле, в конечном счете излучается в космос. Земля себе ничего не оставляет. Именно этим объясняется относительно стационарное тепловое состояние Земли (W 1= Wʺ, ΔW = 0).

Небольшие отклонения от этого баланса связаны с двумя факторами.

Первый из них — это фотосинтез — поглощение излучения растениями Земли с образованием соответствующей органической массы. Эта энергия, колоссальная по абсолютной величине (300∙10 12Вт), забирает всего около 0,2% мощности падающего на Землю излучения.

Второй фактор — антропогенный, связанный с деятельностью человека. Высвобождая и используя энергию невозобновляемых природных ресурсов — топлива, человечество несколько увеличивает выделение энергии на Земле. Это количество выделяемой энергии относительно невелико (около 7∙10 12Вт) — почти в 50 раз меньше, чем поглощается при фотосинтезе. Очевидно, что оба фактора (особенно второй) не могут пока существенно сказаться на энергетическом балансе Земли.

Энтропийный баланс Земли выглядит совсем иначе, чем энергетический. Поступающее на Землю солнечное излучение характеризуется весьма малой энтропией, так как температура этого излучения примерно 5800 К. Напротив, равное количественно получаемому от Солнца излучение Земли соответствует в среднем намного более низкой температуре, близкой к 300 К.

Очевидно, поэтому, отдаваемая Землей энтропия существенно больше, чем получаемая; все проходящие на Земле процессы ведут в итоге, как и положено по термодинамике, к возрастанию энтропии. Никакой «энергоинверсией» здесь и не пахнет. Энтропийный баланс, показывая общую физическую картину качественного изменения характеристики энергии, не определяет, как известно, значения полезной, пригодной для использования энергии. Чтобы их выявить, необходимо использовать эксергетический баланс.

Эксергетический баланс Земли определяется прежде всего его приходной частью. Поток лучистой энергии, поступающей от Солнца, характеризуется высокой эксергией, составляющей примерно 0,93 его значения. Следовательно, поступающий на Землю поток эксергии составляет около 0,93∙170∙10 15Вт = 158∙10 15Вт, из которых 34% сразу отражается в космос. Таким образом, до поверхности Земли доходит эксергетический поток E' = 158∙10 15∙ 0,66 = 104∙10 15Вт. Покидающий Землю поток эксергии относительно мал. С точки зрения земной энергетики его можно не учитывать, так как для Земли средняя температура окружающей среды составляет примерно 300 К (использовать в качестве теплоприемника низкую температуру равновесного излучения космоса можно с определенными ограничениями только вне Земли). Таким образом, «пропуская» всю энергию, получаемую от Солнца, Земля «оставляет» себе ее эксергию. Величина E’ представляет собой тот основной резерв [94] Кроме эксергии солнечного излучения (которая может быть использована как непосредственно, так и через энергию воды, ветра, биомассы и т. д.) к возобновляемым ресурсам относится эксергия морских приливов и геотермальная. Обе они не связаны с солнечным излучением. возобновляемых источников эксергии, который в принципе может быть использован человечеством без влияния на энергетический баланс планеты. Эта эксергия (т. е. все создаваемые ею разности потенциалов — давлений, температур, концентраций) все равно «срабатывается» природой — большей частью бесполезно для человека (за исключением той ее небольшой части, которая идет на фотосинтез, и перепадов давлений воды и воздуха, используемых на гидро- и ветроэлектростанциях).