ΟΙ ΔΥΟ ΝΟΜΟΙ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Οι φυσικοί που ασχολήθηκαν με την ενέργεια, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι όλα τα φυσικά φαινόμενα διέπονται από δύο ενεργειακούς νόμους. Αυτοί οι δύο νόμοι θεωρούνται έκτοτε τόσο σημαντικοί, που ονομάζονται πια Οι Θεμελιώδεις Νόμοι της Θερμοδυναμικής. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής αναφέρεται συχνά ως ο Νόμος της Διατήρησης της Ενέργειας ενώ ο δεύτερος ονομάζεται Νόμος της Εντροπίας (υποβάθμιση της ενέργειας). Χρησιμοποιώντας μια άλλη διατύπωση, θα μπορούσαμε να ονομάσουμε τον πρώτο ως το Νόμο της Ποσότητας και το δεύτερο ως το Νόμο της Ποιότητας.

 

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής
εκφράζεται συνήθως ως εξής:
Η ενέργεια δεν μπορεί να καταστραφεί ή να δημιουργηθεί από το μηδέν. Η ενέργεια μπορεί μόνο να αλλάζει μορφή και τόπο αλλά το σύνολο της ενέργειας στο Σύμπαν είναι σταθερό.


Εικ. 98 Ο 1ος Νόμος της Διατήρησης
της Ενέργειας

Αυτός ο πρώτος νόμος μάς μιλά για την ποσότητα της ενέργειας, πόση ενέργεια υπάρχει και τι ποσότητες ενέργειας χρησιμοποιήθηκαν. Ο νόμος αυτός μας δίνει τη δυνατότητα να βρούμε σχέσεις και να κάνουμε υπολογισμούς, να βρούμε τελικά πόση ενέργεια είναι διαθέσιμη υπό τη μορφή άνθρακα, ηλεκτρισμού και ηλιακής ενέργειας κλπ. και πόση χάθηκε με τη μορφή θερμότητας στο περιβάλλον. Στο παράδειγμα που δίνουμε παρουσιάζεται η ροή ενέργειας κατά τη διάρκεια παραγωγής αλουμινίου, αλλά και οι ποσότητες της ενέργειας κατά τα διάφορα στάδια της μετατροπής:Στο παράδειγμα αυτό βλέπουμε πως η αρχική ενέργεια (άνθρακας και ηλεκτρική ενέργεια) είναι ίση με την τελική ενέργεια που διοχετεύθηκε στα διάφορα στάδια της παραγωγής αλουμινίου. Ο νόμος της ποσότητας μας λέει ότι η ενέργεια δεν εξαφανίζεται, απλά μετασχηματίζεται σε κάποια άλλη μορφή. Ένα απλό παράδειγμα είναι ο ποδηλάτης που ξαφνικά πατά φρένο και σταματά. Η κινητική ενέργεια, που μεταφέρονταν στους τροχούς μέσω του πεντάλ, γίνεται τότε τριβή στα λάστιχα των φρένων, δηλαδή θερμότητα που στη συνέχεια χάνεται στο περιβάλλον. Αυτή η ενέργεια (φρενάρισμα αυτοκινήτου) σήμερα πλέον αποθηκεύεται σε μπαταρίας σε μοντέλο αυτοκινητιστικής εταιρίας ώστε να χρησιμοποιηθεί αντί για την βενζίνη.

   
 

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής:
Μέρος της χημικής ενέργειας της βενζίνης που χρησιμοποιείται σ’ ένα κινητήρα, μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση του αυτοκινήτου. Αυτή την ενέργεια την ονομάζουμε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Η υπόλοιπη ενέργεια, που βγαίνει μαζί με τα αέρια της εξάτμισης, τελικά μεταφέρεται στο περιβάλλον με τη μορφή της θερμότητας. Αυτή η θερμότητα (ιδίως όταν έχει χαμηλή θερμοκρασία) είναι πρακτικά άχρηστη, δεν υπάρχει δηλαδή οικονομικός τρόπος να την χρησιμοποιήσουμε, να την ανακυκλώσουμε, σε κάποια μηχανή. Με άλλα λόγια υπάρχει ένα όριο στη χρήση της ενέργειας και αυτό το “επιβάλλει” ο δεύτερος νόμος της Θερμοδυναμικής.
Αυτό το απλουστευμένο παράδειγμα δείχνει και άλλο ένα χαρακτηριστικό της ενέργειας, δηλαδή ότι κάθε φορά που η ενέργεια περνά από τη μια μορφή στην άλλη, μόνο ένα ορισμένο ποσοστό της ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί
.