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2010/04/16 15:50:51瀏覽1586|回應2|推薦9 | |
因熱力學第二定律中的等號是指可逆過程,故 ΔS可逆 = Q / T … (公式5) 則上回的(公式2)可寫成: ΔS = S後-S前 ≧ ΔS可逆 … (公式6) 上式表示,「熵」或「亂度」在不可逆過程的變化量恆大於可逆過程的變化量,故不可逆因素恆使事物的「熵」或「亂度」增加,與上一回文提到的「熵增加原理」一樣,皆是單向性的。摩擦、混合、熱量傳輸、突然的膨賬或壓縮、燃燒、電阻等,都是日常生活中存在的不可逆因素。 綜合「熱力學第二定律」與「熵增加原理」的結果,加熱與不可逆因素恆使物質的「熵」或「亂度」增加,放熱或冷卻恆使物質的「熵」或「亂度」減少。 這裡補充一個與熱力學第二定律相關的結果,稱作「卡勒特原理」 (Carnot Principle):在兩絕對溫度TH與TL (TH > TL)間作熱交換運轉之熱引擎,其功率受限於下式: 功率 = 輸出的功/輸入的熱量 ≦ 1- (TL/TH) … (公式7) 例如,在TH = 673 K與 TL = 293 K間作熱交換運轉之引擎,其最大功率為56%,其餘至少44%的熱量以廢熱逸散於環境中。一般而言,將熱量轉換成功的效率,低於將功轉換成熱量的效率。 由於任何過程皆會伴隨不可逆因素,或受限於「卡勒特原理」,使得機器、馬達、幫浦、引擎、發電機、鍋爐、燃燒爐等設備將熱能轉換成機械能的效率降低,導致廢熱、廢氣、廢水、廢棄物等無用物質的產生,造成資源與能源的浪費。舉幾個實例作說明。 廢熱與廢氣:車輛、機車輪胎與地面的摩擦熱,馬達、幫浦、引擎返復運動與軸承的摩擦熱,車輛、機車尾管排出的廢熱氣,冷氣機、發動機排放的廢熱氣,工廠、電廠、焚化爐煙囪的廢熱氣,工廠冷卻水塔逸散的水蒸氣,烹飪、烤箱、冰箱、吹風機、電線、電視機產生的廢熱氣,及發燙的電腦、手機等等。 廢水與廢棄物:各類工廠製程排放的廢污水、污泥、廢渣、廢棄物,原料加工後的廢料,冷氣機散熱片的廢水,鍋爐、電弧爐、焚化爐的底渣、飛灰等等。 科技進步的指標之一,就是在提升上述各種機械設備的運轉效率,也就是在降低不可逆因素的影響,使之趨近可逆化。如發展低摩擦的馬達、幫浦、轉動機械,複循環式的鍋爐,廢熱回收,噴射引擎,流線型車輛,低電阻導體、光纖、磁浮列車等。 上面所談的都屬在事物變化過程中因不可逆因素或製程需要所產生的廢物,並未包括使用過、新變舊、不堪用或損壞而丟棄的東西、生活垃圾、洗車廢水、生活污水、廚餘等廢棄物。 以上所有的廢棄物最終皆排放至大氣、河流、湖泊、海洋、土壤或地下,日積月累就造成環境的污染,嚴重者危害到生態的平衡與物種的延續。 事實上,人在日常生活中都有不可逆因素,如吃飯、喝茶、登山、跑步、騎單車、打呼、睡覺等皆有關結或皮膚的摩擦,會產生內部的不可逆;運動使體溫上升,出汗將熱散到周圍,會產生外部的不可逆。養生哲學有「細嚼慢嚥」、「心靜氣沉」、「吐納均勻」等口訣,與趨近可逆、降低不可逆的科技理念有異曲同工之妙。 既然有許多不可逆因素使「熵」或「亂度」呈單向性的增加,事物或環境是不是變的愈來愈亂?下回接著談「亂度」與「平衡狀態」的關係。 |
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( 創作|散文 ) |