1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (811201), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Исходя из этого экспериментального закона и с использованием других законов термодинамики, можно вычислить энтропию вещества и при более высоких температурах, Третье начало термодинамики не вытекает из первых двух. Это самостоятельный фундаментальный закон, основанный на экспериментальных данных. Прн абсолютном нуле все атомы чистого кристаллического соединения находятся в состоянии с минимальной энергией. Термодинамическая вероятность такого состояния поэтому равна единице, и в соответствии с уравнением (9) энтропия равна нулю. Термодинамическая трактовка энтропии связана с обратимыми процессами, которые практически не могут быть осуществлены.
Однако можно говорить и об энтропии на основе реальных необратимых процессов, так как в необратимых процессах, протекающих в термически изолированных системах, энтропия всегда растет. Таким образом, в реальных изолированных системах будут идти только такие процессы, которые протекают с возрастанием энтропии.
Если процессы не могут идти с увеличением энтропии, то есть в данных условиях энтропия имеет наибольшую величину, то в системе не происходит никаких изменений; система будет находиться в равновесии. Следовательно, максимум энтропии — условие равновесия процессов. Закон энтропии позволяет предсказать направление термодинамических процессов, однако этот закон действителен лишь для таких процессов, в которых участвуют вещества, термически изолированные от окружающей среды.
При этом действительно происходят только такие превращения, в которых растет энтропия. 84 Если вещества, участвующие в превращении, не полностью термически изолированы от окружающей среды, то возможны процессы, при которых энтропия уменьшается, Но в этом случае в окружающей среде происходят процессы, в которых энтропия растет, притом в большей мере, чем уменьшается в исследуемом процессе. Таким образом, суммарная энтропия данной системы и окружающей среды растет.
Так как энтропия есть мера молекулярного беспорядка, то приведенное выше утверждение можно сформулировать так: беспорядок может уменьшиться в данном конкретном месте, но при этом на другом "соседнем" участке он увеличится в большей степени. Например, в живых организмах из веществ относительно простого состава (вода, углекислый газ и сахар), в которых упорядоченность очень низка, образуются многие сложно построенные соединения (белки и т.д), имеющие весьма высокую упорядоченность атомов. Такие процессы (например синтез белков) идут с уменьшением энтропии, Зато одновременно другие вещества (молекулы сахара, жиры и т.д.) в результате окисления распадаются на более простые соединения (в конечном счете на.углекислый газ и воду), а при этом снова происходит значительный рост энтропии.
Конечно, в растениях из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза образуются также сахар н другие углеводы, но этот процесс идет не изолированно, а с поглощением энергии излучения Солнца. В лабораторных и промышленных условиях процессы, связанные с получением таких соединений, в которых упорядоченность больше, т.е. энтропия меньше, чем в исходных соединениях, также осуществляются с потреблением энергии извне; чаще всего ее получают при сжигании каменного угля. Уголь состоит в основном из кристалликов графита, где в кристаллической решетке упорядоченно расположены миллиарды атомов углерода. При сгорании угля образуются молекулы СОз и НгО, в которых упорядоченно связаны только три атома, в то время как сами молекулы расположены хаотично. Этот процесс идет, таким образом, с большим приростом энтропии, поэтому суммарная энтропия'увеличивается.
Г Л А В А 1Ъ'. СОЛНКЧНМ ЭНКИВтИКА 81. Характеристика солнечной радиации чистой энергии Солнца во всем диапазоне длин волн, по чаемой в единицу времени единичнои площадкой., и р у р. е пеидик ля . емной атмосферы на расстоянии одной астроной солнечным лучам, вне земной ой, 3 Солнца называется солнечной постояннои. наномической единицы от олнц, чение солнечной постоянной, о", полученное в результате прямых измерений с космических аппаратов и рек и рекомендованное МАЗА в качестве стандартной 1о =!353 Втlмз~ 1,5%. '. 1л>Втурлелегмн) мл уар а РЗ РР Ра Р,Р У„Р у,г УЧ ЬЛ РД гв я,а Я,И Я,а ЗД ХС 2Милл ооллег мин р .0.
С несрельиое распределение ннтаасиаиостн сливочного аслусеиню 1-та лреднммн атмосферы; 2-на уроаие моря при щн1; 3-нтлученне а . ер .Но ч ного 0000 к' 4 - дифф н состаалающая ври легкой дымки 3 - диффузная ссстовнпемаи при ясном небе. нотехнике. В Это значение используется до настоящего времени в гелнот последние годы появились работы, в которых предлагается уточненное 86 значение солнечной постоянной, равное 1373 Вт/м1+1,2%.
Поскольку расстояние между Землей и Солнцем претерпевает сеэбнные изменения, интенсивность солнечной радиации, падающей на единичнув площадку, также не остается постоянной. Эффективная солнечная постоянная Ь |, учитывающая эти сезонные колебания, может быть рассчитана по формуле: 1. ь= 1+0,033соз ~ ~ 1., (1) (('360' к п,)1 З65 0.24 00.014 0.47 0.1817 0.7840 025 00.019 0.1968 0.26 00.027 0,49 0.2115 0.8861 0.27 00.041 0.2260 0.50 1.8 0.28 00.056 0.2420 0.29 00.081 0.52 0.2538 0.9483 0,30 0.0121 0.53 0.2674 2,4 0.9586 0.0166 0.2808 0.9667 0.9731 0.54 2.6 0.32 0.0222 0.55 0.2938 0.33 0.0293 0.56 0.3065 З,О 0.9783 0.9822 0.34 0.0372 0.57 0.3191 0,9830 035 0.3318 0.0452 0.58 0.9872 0.36 0.0532 0.59 З,б 0.37 0.989! 0.0615 0.60 0.3568 3.8 О.
906 0.3810 038 0.0700 0.62 0.9934 0.4042 0.4266 0.64 4.5 0.39 0.0782 0.9951 5.0 0.40 0.0873 0.66 0.9972 0.4481 6.0 0.41 0.0992 0.68 87 где п - порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января. Важной характеристикой солнечного излучения является его спектральное распределение (рис. 8). Доля энергии солнечного излучения, приходящаяся на интервал длин волн от 0 до Х (Г,-р.), приведена в таблице 1, из которой видно, что почти вся энергия, излучаемая Солнцем, приходится на узкий диапазон длин волн в видимой и ближней ИК-области (в диапазоне 0,24-4 мкм заключе. но 98% энергии излучении). Таблица 1. Даля энергии солнечного иэлрчеиия, ириходли1алел иа иитервал длил воли от Ода Х (1~ = 1353 йтди) При прохождении через атмосферу солнечное излучение ослабляется за счет процессов поглощения и рассеяния. Это ослабление зависит от длины пути солнечных лучей в атмосфере, которая называется массой атмосферы.
Масса атмосферы ш=1, когда длина пути отсчитана от уровня моря по вертикали (положение Солнца в зените). При зенитном угле Ох (угол между вертикалью и направлением на Солнце) масса атмосферы т=зес8,. Поглощение солнечной радиации атмосферой обусловлено в основном присутствием в ней озона, водяных паров и СОв Озон почти полностью поглощает излучение в ультрафиолетовой части спектра до 0,29 мкм, - поглощает до 0,35 мкм н не поглощает в остальной части спектра эа исключением узкой зоны длин волн вблизи О,б мкм.
Водяные пары и СОэ вызывают появление достаточно широких зон поглощения в ближней ИК-области. Полученные при прямых намерениях данные по солнечной радиации обрабатываются и представляются в табличной нлн графической форме. Угол падения солнечных лучей 6 на рассматриваемую плоскость в заданный момент времени может быть вычислен с помощью следующего соотношения: соей=э!пб з!пу соз!3 — з!пб сезар з!и!3 созу+созб соз~р соз!3 созе+ созб.;вша.з!пр созу-созеэ+созб з!п33 зшу.зшсе, (2) где<э -широта местности; б - аслонение (угловое положение Солнца в солнечный полдень относительно плоскости экватора); !3 - угол между рассматриваемой плоскостью и горизонтальной плоскостью; у - азимутальный угол (угол между проекцией нормали к рассматрнваеьюй плоскости н местным меридианом); в - часовой угол (отсчитанный от солнечного полдня, угловое смещение Солнца относительно местного меридиана, обусловленное вращением Земли и соответствующее 15' в час).
При отсчете углов соблюдаются следующие правила: значения у и б положительны для северного полушария и отрицательны для южного; у отсчитывается от южного направления и имеет по- ложительный знак при отклонении к востоку и клоненни к западу; в равняется нулю в соли й оку и отрицательный - и н отр в солнечный полдень, до полудня имеет отрицательные значения после по;.'дня— ;.удня — положительные. Склонение Ь определяется по формуле: Ь = 23,45 вш (360 х ~~~+ ) зм где п - порядковый номер дня года. 13) Часто из литературных источников известны данные данные по солнечнон радиации, приходящейся на горизонтальную поверхность, а при расчете гелиотехнического оборудования обычно нужны данные по солнечной радиации, приходящейся на наклонную поверхность. Е сли известной величиной является среднемесячный дневной приход суммарной радиации на горизонтальную поверхность Н, то среднемесячный дневной приход суммарной радиации на наклони онную поверхность Нт может быть рассчитан по формуле: Нт =Й.хН где Š— коэффициент зависящий от широты местности ~р, угла наклона к горизонту 13 и показателя облачности К .
Показатель облачности К, оп- ределяется через среднемесячный дневной приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность за пределами земной атмосферы Н.. Н Кт- = Н, 02. Термодинамическая преобразование солнечного излучения Компоненты термодинаиического преобразования солнечного излучение. Преобразование солнечного излучения в механическую или электроэнергию не является современным изобретением. Первая машина, качавшая воду под давлением расширяющегося воздуха, нагретого солнцем, была разработана в 1б15 г.
во Франции. Аналогичная установка, приводившая в действие печатный станок, демонстрировалась на выставке в Париже в 1879 г. До 1950 г. действовало довольно много машин, работавших на солнечной энергии, мощностью от нескольких ватт до 50 кВт. В большинстве моделей концентрирующие коллекторы использовались для нагрева воды или воздуха до температур порядка нескольких сот гра- дусов. Полученный пар или нагретый воздух применялись затем для совершения механической работы по термодинамическому циклу. Из солнечной энергии методом термодннамнческого преобразования можно получать электричество практически так же, как и из других источников.
Однако солнечное излучение„падающее на Землю, обладает рядом характерных особенностей: низкой плотностью потока энергии, суточной и сезонной цикличностью, зависимостью от погодных условий. Поэтому прн термодннамическом преобразовании этой энергии в электрическую следует стремиться к тому, чтобы изменения тепловых режимов не вносили серьезных ограничений в работу системы и не возникало затруднений, связанных с ее использованием. Желательно также, чтобы система допускала изменение производства электроэнергии во времени в соответствии с необходимостью потребления. Следовательно, подобная система доюкна иметь аккумулирующее устройство для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечения необходимого изменения производства энергии во времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
