НЕГЭНТРОПИЯ (ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ЭНТРОПИЯ)
Еще раз подчеркнем, что энергия не может быть уничтожена. За-
сохранения энергии — один из законов природы. При использовании энергии как бы понижаем ее статус, поскольку в конечном счете вся используемая ргия переходит в тепло и, по-видимому, излучается в окружающее простран — э в виде длинноволнового инфракрасного излучения.
Рассмотрим один пример. Пусть некая машина производит работу, отбирая юту с поверхности океанской воды, температура которой равна 300 К, и левая некоторое количество теплоты холодной воде у дна океана, температура рой равна 275 К. Вся работа, произведенная машиной, идет на адиабати — кое сжатие 10 000 кмолей газа от давления 105 до давления 107 Па (т. е. от 100 атм). Если начальная температура газа была 300 К, то какова будет его ная температура?
Пусть р0 и Рц — начальное и конечное давление соответственно, a Т0 и ТП — тствующие температуры. Тогда
(77)
чем у= 1,4, что соответствует пяти степеням свободы. Соответствующая ьная теплоемкость при постоянном объеме равна 20,8 кДж • К-1 • кмоль-1. При адиабатическом сжатии 100:1 отношение температур составит 3,7 ечная температура будет равна Тн = 3,7 • 300 = 1110 К. После сжатия объ — бдет
„бота, которую необходимо провести для такого сжатия,
W = 20,8 ■ Ю3 10000 — (1110 — 300) = 168 ЕДж.
ладим газ до температуры, равной температуре океанской воды на поверх — , т. е. до 300 К.. Все тепло (168 ГДж) вернется воде. Если резервуар с газом ть на берег, мы не заберем у океана никакой энергии, хотя мы будем 10 000 кмолей газа при давлении
 |
 |
Внутренняя энергия сжатого газа не больше, чем внутренняя энергия такого же количества газа при той же температуре, но при гораздо более низком давлении, поскольку внутренняя энергия не зависит от давления. Давайте теперь произведем расширение газа до давления 105 Па, используя турбину, обладающую 100 %-ной эффективностью. Работа турбины будет совершена за счет внутренней энергии газа, и, следовательно, газ должен охладиться. Отношение температур составит 2,56 [см. уравнение (77)]. Таким образом, газ на выходе из турбины будет иметь температуру 117 К.
Энергия, выработанная турбиной,
W = 20,8 -10000(300 -117) = 38 ГДж. (81)
Мы «сгенерировали» 38 ГДж энергии, которую, безусловно, взяли не из океана. Откуда мы ее получили? Она была выработана самим газом, внутренняя энергия которого уменьшилась при охлаждении до 117 К. Фактически, она происходит из окружающего воздуха, который охлаждается в результате выброса из турбины. Работа, произведенная турбиной, будет в итоге преобразована в сбросное тепло, а нагрев окружающей среды за счет него будет точно таким же, как и охлаждение. Таким образом, в целом энергия сохраняется, но мы смогли выполнить полезную работу (полученную на выходе из генератора), в результате того, что заимствовали что-то из океана. Что же это?
Мы произвели разупорядочивание в океане путем смешения холодной придонной воды с теплой поверхностной — мы увеличили энтропию океана. Резервуар с газом забрал некоторое количество негэнтропии. Здесь мы использовали семантически более приемлемую концепцию отрицательной энтропии, некоторое количество которой может быть израсходовано. Марчетти (1976), который придумал термин «негэнтропия», предложил описанную выше схему как метод «обеспечения энергией без расходования энергии». Это именно то, что делается во всех случаях, когда энергия используется. Хотя система технически осуществима, она с коммерческой точки зрения непривлекательна, потому что емкость резервуара для негэнтропии слишком мала по сравнению с серьезными материальными затратами на его изготовление. Основной вывод, который должен быть извлечен из этого примера, состоит в том, что расходуемой является негэнтропия, а не энергия.