ΜΗΧΑΝΙΚΟ ΕΡΓΟ - ΕΞΕΡΓΕΙΑ

Ας θυμηθούμε πρώτα μερικές βασικές έννοιες πριν προχωρήσουμε στην έννοια της εξέργειας....

ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Ο Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος μας λέει ότι η Ενέργεια δεν δημιουργείται από το μηδέν και ποτέ δεν εξαφανίζεται.

Δηλαδή η παραγωγή ή η κατανάλωση ενέργειας είναι αδύνατη.


Αυτό σημαίνει ότι η ποσότητα της ενέργειας υπάρχει πάντοτε η ίδια στο σύμπαν.

Άρα όποιος μιλάει για παραγωγή ή κατανάλωση ενέργειας μάλλον ελάχιστη σχέση έχει με την Θερμοδυναμική.

Αυτό όμως που μπορεί να πεί κανείς είναι για παραγωγή ή κατανάλωση Έργου που προέρχεται από την ενέργεια όπως για παράδειγμα στον κινητήρα του αυτοκινήτου που παράγεται έργο στον κύλινδρο από την μετατροπή της Χημικής Ενέργειας (καυσίμου) σε Θερμική Ενέργεια η οποία με τη σειρά της αυξάνει την πίεση στον θάλαμο καύσης και μετακινεί τελικά το έμβολο παράγοντας έργο.

Ο Δεύτερος Θερμοδυναμικός Νόμος μας λέει ότι όσο πιο μεγάλη είναι η διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο θερμό και στο ψυχρό σώμα, τόσο μεγαλύτερο είναι και το έργο που παράγεται.

Δηλαδή το ποσό του έργου μικραίνει, όσο μειώνεται η διαφορά της θερμοκρασίας και επομένως όσο χρησιμοποιείται η ενέργεια.

Αυτό σημαίνει ότι η ποιότητα της ενέργειας υποβαθμίζεται αφού κατά τη διάρκεια των μετατροπών προκύπτουν ενέργειες που δεν είναι εκμεταλλεύσιμες πάντοτε.

Για παράδειγμα η θερμότητα στα καυσαέρια του αυτοκινήτου, μεταδίδεται στο περιβάλλον χωρίς να μπορεί να εκμεταλλευτεί για την κίνησή του.

---

Όπως είπαμε η ενέργεια υπάρχει πάντοτε ανεξάρτητα από τη χρησιμοποίησή της.  
Όμως γιατί δεν παράγει πάντοτε έργο; 

Αυτό μπορεί να συμβεί όταν το σύστημα βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία με το περιβάλλον του.
Δηλαδή όταν τα θερμοδυναμικά του χαρακτηριστικά (P,T) ταυτίζονται με αυτά του περιβάλλοντός του και δεν αντιδρά με αυτό.

Σε αυτή την περίπτωση λέμε ότι το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση Πλήρους Εξάντλησης

Όταν η θερμοκρασία του συστήματος στην τελική του κατάσταση, είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντός του, τότε λέμε ότι είναι πάντοτε δυνατή η παραγωγή έργου.

Τώρα, αν η τελική πίεση του συστήματος, είναι μεγαλύτερη από την πίεση του περιβάλλοντος του, το σύστημα είναι δυνατόν να παράγει έργο, μόνον όταν επιτραπεί η εκτόνωσή του (όπως συμβαίνει στον κύλινδρο της μηχανής του αυτοκινήτου)

---

Έτσι ίσως μπορούμε σε αρκετές περιπτώσεις, να υπολογίσουμε το μέγιστο ωφέλιμο έργο που μπορεί να μας δώσει ένα σύστημα που βρίσκεται σε μία συγκεκριμένη κατάσταση σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον.  Δηλαδή να προσδιορίσουμε τη διαθέσιμη ενέργεια.

Με άλλα λόγια, τη δυνατότητα του συστήματος, σε αλληλεπίδραση με το περιβάλλον του, να παράγει Έργο

Η διαθεσιμότητα αυτής της ενέργειας, ονομάζεται Εξέργεια.


Σε αντίθεση με την ενέργεια, η Εξέργεια λέμε ότι καταναλώνεται γιατί πολύ απλά πρόκειται για το ωφέλιμο έργο.

---

Αν μπορούσαμε να μεταβάλλουμε τις εξωτερικές συνθήκες του συστήματος ψύξης μιας μηχανής, θα μπορούσαμε να παράγουμε μεγαλύτερο έργο.  Αυτό όμως δεν γίνεται πάντα εφικτό αφού το σύστημα ψύξης έχει άμεση σχέση με το περιβάλλον (νερό - αέρας), και τις συνθήκες του δύσκολα μπορούμε να τις μεταβάλλουμε χωρίς να δαπανήσουμε επι πλέον εξέργεια ενός άλλου συστήματος (πχ την "ψύξη" του αέρα ή του νερού)

---

Για να καταλάβουμε καλύτερα την έννοια της εξέργειας, μπορούμε να παρομοιάσουμε το σύστημα με το περιβάλλον του, σαν ένα σωληνάριο οδοντόπαστας όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα.

Στην πραγματικότητα αγοράζουμε μόνο το περιεχόμενο του σωληναρίου (την οδοντική κρέμα).  Όμως αυτή βρίσκεται στη συσκευασία της για να μπορεί να είναι χρήσιμη σε μας.  Ολόκληρη η συσκευασία είναι η "ενέργεια" ενώ μόνο το περιεχόμενο που μας είναι χρήσιμο, είναι η "Εξέργεια".

Καθώς χρησιμοποιούμε την οδοντόπαστα (εξέργεια), το σωληνάριο παραμένει αναλλοίωτο (η ενέργεια διατηρείται) ενώ πιέζονται τα τοιχώματα του. Οι παραμορφώσεις στο σωληνάριο αντιστοιχούν με τη βγαλμένη οδοντόπαστα (εξέργεια).  Όμως δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή την ενέργεια.  
Όσο καταναλώνεται η εξέργεια, και η ποιότητα της ενέργειας πέφτει, τόσο αυξάνει η εντροπία.

---