Лекция 3. Энергия в экологических системах.
Лекция 3.
Энергия в экологических системах.
1. Обзор фундаментальных концепций, связанных с энергией.
2. Жизнь как термодинамический процесс.
3. Энергетические характеристики среды.Лекция 3.
Энергия в экологических системах.
1. Обзор фундаментальных концепций, связанных с энергией.
2. Жизнь как термодинамический процесс.
3. Энергетические характеристики среды. [b]
Обзор фундаментальных концепций, связанных с энергией.
Важнейшим аспектом экологии являются энергетические взаимоотношения в экологических системах. Но прежде чем перейти к изучению энергетики экосистем, необходимо рассмотреть некоторые основы термодинамики.
Энергию определяют как способность производить работу. Свойство энергии описывается следующими законами:
Первый закон термодинамики, или закон сохранения энергии, гласит, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не созда-ется заново.
С точки зрения первого закона возможны и равновероятны любые процессы, в кото-рых вместо исчезнувшего вида энергии появится эквивалентное количество другого вида. Так, первому закону не противоречило бы поднятие груза или закручивание какой-либо пру-жины за счет внутренней энергии окружающей среды. Почему, в самом деле, камень, ле-жащий на земле, не может подняться на какую-то высоту за счет охлаждения окружающего воздуха? Однако не поднимается. Переход теплоты от менее нагретого тела к более нагре-тому означал бы лишь перераспределение энергии внутри системы и также не противоре-чил первому закону. Однако известно, что сосуд с водой никогда не закипит на холодной плите. Иными словами, первый закон ничего не говорит о возможности и вероятности того или иного процесса, связанного с превращением энергии или ее перераспределением.
Между тем, если внимательно рассмотреть всевозможные процессы, протекающие в окружающем мире, а также проводимые нами самими, окажется, что их можно разбить на две существенно различающиеся группы. Во-первых, это процессы самопроизвольные, т.е. идущие сами собой. Для их проведения не только не затрачивается работа, но будучи по-ставленными в соответствующие условия, они сами могут произвести работу в количестве, пропорциональном происходящему изменению (например, переход теплоты от горячего те-ла к холодному, переход энергии заряженного аккумулятора в теплоту и т.д.). Самопроиз-вольные процессы ведут систему к состоянию равновесия, где силы, вызывающие процес-сы уравновешиваются (например, выравниваются давление, температура, концентрация и т.д.). В случае попытки повернуть самопроизвольные процессы вспять, мы имеем дело уже с несамопроизвольными процессами. Они не идут сами собой. Для их проведения необхо-димо затратить работу в количестве, пропорциональном происходящему изменению.
Критерии самопроизвольного или несамопроизвольного изменения системы, а также критерии равновесия устанавливает второй закон термодинамики. Второй закон термодинамики, или закон энтропии, формулируется по-разному. Для целей экологии наиболее удобными являются следующие формулировки:
— процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить само-произвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную — деградирует;
— поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой энергии, эффективность самопроизвольного превра-щения кинетической энергии (например, света) в потенциальную (например, энергию химических соединений протоплазмы) всегда меньше 100%……..
Скачать полную версию
СКАЧАТЬ работу l-ikologia/Lect03-ikologia.rar