Як ентропія "живить" Землю. Епізод 4 з 5

Земля отримує приблизно 90 петаджоулів енергії від Сонця щосекунди.
Це дуже багато, в тисячі разів більше, ніж потрібно, щоб задовольнити всі енергетичні потреби людства.
Проте Земля водночас і випромінює таку ж кількість енергії назад в космос як тепло.
Майже таку ж кількість в будь-якому разі.
Адже Земля поступово нагрівається.
Це зовсім інша історія.
Але, якщо отримана енергія дорівнює випроміненій, то як ми взагалі можемо використовувати будь-яку енергію?
Виявляється, це не просто енергія, це корисна енергія.
І енергія є тоді корисною, коли вона надходить в низько ентропійній формі.
Загальна кількість енергії в будь-якій замкнутій системі не може змінитися, звісно ж, енергія зберігається.
Але ця енергія може перебувати в різних станах придатності до використання.
Корисну енергію має вода за греблею.
Ця вода тектиме доти, доки її рівень не вирівняється з обох боків греблі, але ніколи не потече назад в гору.
Або гарячий чай, який розплавить кубик льоду, доки, зрештою, температура всієї води не зрівняється з навколишньою температурою.
Ви ніколи не побачите теплий чай, в якому спонтанно утворюється кубик льоду в той час, як решта води нагрівається, незважаючи на те, що повна енергія завжди залишається незмінною.
Таким чином, корисна енергія є низько ентропійною і нерівноважною, тож вона може піти на виконання роботи - обертати ротор турбіни, штовхати поршень або плавити кубик льоду.
Некорисна енергія, тим часом, не може бути затрачена на роботу.
Така енергія може бути у формі тепла гарячих відпрацьованих газів, шуму при роботі механізмів, або потенціальної енергії кулі, яка просто лежить на землі.
Ми не можемо нічого зробити з цією енергією.
Наприклад, бензин і повітря містять корисну низько ентропійну енергію.
Спалюючи їх разом, ми можемо прискорити автомобіль, їхати в ньому деякий час, а потім натиснути на гальма і зупинитись.
Повна енергія всесвіту залишається постійною під час поїздки, але корисна хімічна енергія перетворюється на непотрібні високо ентропійні тепло і шум.
Енергія у них все ще є, але ми не можемо використати її для приведення в рух автомобіля так само зручно, як раніше.
Із Землею все аналогічно.
Сонце посилає нам енергію в зручній, корисній, низько ентропійній формі, головним чином як фотони видимого світла.
Ця енергія поглинається, використовується і деградує в ході різних процесів на Землі, доки не буде випромінена у вигляді безлічі інфрачервоних фотонів, ентропія яких набагато більша.
На кожен отриманий від Сонця видимий фотон Земля випромінює в космос близько 20 інфрачервоних фотонів.
Незважаючи на те, що баланс поглинутої і випроміненої енергії зберігається, ентропія зростає у 20 разів.
Сонце, фактично, є джерелом корисної енергії лиш тому, що воно гаряче і яскраве в холодному і темному небі.
Якби все небо мало температуру поверхні Сонця, то наша планета отримувала б набагато більше енергії.
Але Земля швидко досягне стану високо ентропійної рівноваги з температурою близькою до 6000 Кельвінів.
Тож речі на кшталт руху автомобілів, або життя були б неможливими.
Не через нестачу енергії, а через те, що ви не можете нічого зробити, коли енергія повсюди однакова.
У стані рівноваги вся енергія непридатна до використання.
Нічого не змінюється і стріла часу повністю втрачає будь-який сенс.

Автор: Цікава наука
ОСТАННІ КОМЕНТАРІ