Особенности термодинамики экологических систем

Функционирование любой системы происходит за счет обмена энергией между ней и окружающей средой и превращений энергии внутри системы. теплота является одним из видов энергии. другие виды энергии(механическая, электрическая) можно полностью превратить в тепловую энергию и величину механической работы можно оценить по количеству выделенной тепловой энергии. наука о закономерностях превращениях энергии в системах получила название термодинамика. Большинство систем имеет более или менее четкие границы, отделяющие их от внешней среды. Через эти границы происходит обмен вещества и энергии между системой и средой. Система, которая не обменивается со средой ни веществом, ни энергией, называется изолированной Система, которая обменивается с окружающей средой только энергией, называется замкнутой. Система, которая обменивается со средой только веществом, называется адиабатической. Все биологические системы от органелл и до Биосферы, в том числе– экологические, является открытыми. 1 з. термодинамики «Энергия может переходить из одной формы в другую, но не исчезает и не создается вновь» - закон охранения энергии. Однако он ничего не говорит о том, какая часть энергии, переданной системе, может быть превращена в работу. 2 з. термодинамики накладывает ограничения на эффективность превращения энергии в работу. «Теплота не может самопроизвольно переходить от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой». Для понимания сущности второго закона термодинамики необходимо вначале рассмотреть принципиальное различие между обратимыми и необратимыми процессами. Необратимые процессы, называемые также самопроизвольными, осуществляются за счет запасов энергии, накопленной в системе. Горячее тело будет самопроизвольно остывать, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды. Однако никакое тело не может самопроизвольно нагреться. Для этого ему нужно каким-либо образом придать дополнительную энергию извне. В этой связи введено понятие, является постоянной величиной: ΔS= Qобр /T = const. Энтропия– это мера неупорядоченности системы, или количество энергии, недоступной для использования и превращения в другие виды энергии. Чем выше упорядоченность системы, тем ниже ее энтропия и наоборот. Она же может быть и мерой упорядоченности системы: чем выше энтропия системы, тем ниже ее упорядоченность и наоборот. Второй закон указывает, что не все формы энергии эквивалентны, поскольку они обладают разным количеством энтропии:. любой вид энергии состоит из двух частей– свободной энергии, или энтальпии, которая может самопроизвольно превратиться в другой вид энергии, и энтропии. тепловая энергия представляет низшую, наиболее «деградированную» форму энергии. Ни в какую другую форму энергии она самопроизвольно превратиться не может. в замкнутых системах при любых процессах трансформации энергии из одной формы в другую, определенная ее часть рассеивается в виде тепла. Второй закон термодинамики и загрязнение окружающей среды. Согласно второму закону термодинамики, при обратимых процессах суммарная энтропия системы и окружающей среды остается неизменной. При необратимых процессах суммарная энтропия системы и окружающей среды возрастает. В состоянии равновесия системы со средой энтропия системы максимальна. Увеличение энтропии в необратимых процессах выше, чем в обратимых. Поэтому восстановление исходного состояния системы требует большей затраты энергии, чем ее было первоначально расходовано в необратимом процессе. Загрязнение окружающей среды является самопроизвольным необратимым процессом, сопровождающимся ростом ее энтропии. Мероприятия по очистке среды приводят к снижению ее энтропии, однако они требуют затрат большего количества энергии, чем образовалось в процессе загрязнения среды.