«Экологиялық мәдениет пен сананы қалыптастыру»

57 
Лысикова // Проблемы управления социально-экономическими системами: сб. на- уч. 
тр. Саратов: СГСЭУ. 2008. Вып. 2. С. 138–151. 
3. Alloway B.J. Sources of Heavy Metals and Metalloids in Soils / B.J. Alloway // In: 
Heavy Metals in Soils: Trace Metals and Metalloids in Soils and their Bioavailability. 
Dordrecht: Springer, 2013. P. 11–50. 
4. Wrede V. GeoRoute Ruhr-a Network of Geotrails in the Ruhr Area National 
GeoPark, Germany / V. Wrede, V. Mugge-Bartolovic // Geoheritage. 2012. V. 4. P. 109–114. 
 
УДК 504.75
 
ЭКОЛОГИЯ ЗЕМЛИ - КАК ОТКРЫТАЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ 
СИСТЕМА 
 
Ноғаева З., студент, КГУТИ им. Ш. Есенова г. Актау 
Научный руководитель: Енсегенова У.К. 
 КГУТИ им. Ш. Есенова, г. Актау 
 
Аннотация. Большое внимание во многих странах уделяется фотоэлектрическому 
способу использования электрической энергии. Солнечные батареи, которые ныне 
широко используется на космических батареях, КПД батарей составляет 12-15%. 
Следовательно, одно из главных направлений здесь разработка более дешевых 
преобразователей, 
например, 
с 
использованием 
пленочных 
и 
органических 
полупроводников, и менее дорогих технологии их производства, с более высоким КПД. 
Ключевые слова: термодинамика, энтропия, биосфера, фотосинтез, экосистема. 
Превращения в природе и все биологические процессы в экосистемах подчиняются 
законам термодинамики [1]. 
Первый закон термодинамики или закон сохранения и превращения энергии может 
быть формулирован следующим образом:
Во всех явлениях природы энергия не может исчезнуть бесследно или возникнуть 
из ничего. Энергия может только превращаться из одной формы в другую в строго 
эквивалентных соотношениях [2]. 
Джоуль показал, что в адиабатических условиях данное количество работы всегда 
нагревает воду в калориметре на определенное число градусов независимо от того, 
затрачивалась ли это работа на вращение мешалки с лопастями, на прохождение двух тел. 
Поскольку данное изменение состояния воды к калориметре может быть достигнуто 
разными способами, включающими одно и то же количество работы, или при разной 
последовательности операцией, оно не зависит от пути процесса, а зависит только от 
общего количества работы. В опытах, подобных опыта Джоуля, найдено, что затрата 4,184 
Дж работы производит такое же изменение состояния, как и 1кал. теплоты, полученная 
системой извне.
В термодинамике для определения изменения энергия системы в тех или иных 
условиях 
применяют 
различные 
энергетические 
характеристики, 
называемые 
термодинамическими 
функциями 
состояния, 
если 
они 
зависят 
лишь 
от 
термодинамических переменных, характеризующих состояние. Внутренняя энергия 
системы Е - одна из такой функции. Важная особенность состояния их независимость от 
способов достижения данного состояния системы.
Изменение внутренней энергии системы Е обусловлено работой W, которая 
совершается при взаимодействии системы с средой, передачей теплоты Q между средой и 
системой. Соотношение между этими величинами составляет содержание 1-начало 
термодинамики.

58 
Приращение внутренний энергии системы Е в некотором процессе равно теплоте 
Q, полученной системы, плюс работа W, совершенная над системой в этом процессе: 
E = Q + W 
В биологических системах теплота обычно отдается системой во внешнюю среду, а 
работа совершается системой за счет убыли внутренней энергии. Согласно второму 
закону термодинамики, называемому законом энтропии, процессы, связанные с 
превращением энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что 
энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную (деградирует). И 
действительно, теплота не передается самопроизвольно от более холодного тепла к более 
горячему. В природе масса примеров однонаправленных процессов: газы перемешиваются 
в сосуде, но сами не разделяются; кусок сахара растворяется в воде, но не выделяется 
обратно в виде куска [1]. 
Мерой количества связанной энергии, которая становится недоступной для 
использования, является энтропия. В замкнутых системах энтропия (S) не может убывать; 
ее изменение равно нулю. Система и ее окружение, предоставленные сами себе, стремятся 
к состоянию максимальной энтропии (неупорядоченности); таким образом, 
самопроизвольные процессы идут в сторону увеличения беспорядка. Второй закон 
термодинамики можно сформулировать иначе: поскольку некоторая часть энергии всегда 
рассеивается в виде не доступных для использования тепловых потерь энергии, 
эффективность энергию химических соединений всегда меньше 100%. /4/. 
В энергетических процессах в биосфере решающая роль (99%) принадлежит 
радиации Солнца, которая определить тепловой баланс и термический режим биосферы. 
Чтобы обеспечить свои энергетические потребности в человечество достаточно 
использовать меньше 0,1% падающей на Землю солнечной энергий. Однако солнечная 
энергия обладает низкой плотностью потока (800-1000Вт/м
2
) ее интенсивность меняется в 
течение суток, завесить от сезона и т.д. [2]. 
Условно можно выделить четыре направления использования солнечной энергии: 
теплотехническое, фотоэлектрическое, биологическое и химическое. 
Большое внимание во многих странах уделяется фотоэлектрическому способу 
использования электрической энергии. Солнечные батареи, которые ныне широко 
используется на космических батареях, КПД батарей составляет 12-15%. Следовательно, 
одно из главных направлений здесь разработка более дешевых преобразователей, 
например, с использованием пленочных и органических полупроводников, и менее 
дорогих технологии их производства, с более высоким КПД [2]. 
Весьма незначительная часть общего потока солнечной энергий поглощается 
зелеными растениями в процессе осуществления реакции фотосинтеза. Фотосинтез – это 
процесс, в котором, с одной стороны, создается органическое вещество, а с другой – 
открывается возможность использования выделенного при этом кислорода для дыхания 
как самих растений, так и гетеротравных аэробных организмов 
n
CO
2
+ 
n
H
2
O = C
n
H
2n
O
n
+ 
n
O
2
На этом основывается сама возможность биологического круговорота веществ, 
которая реализуется через сложные и разнообразные трофические связи в органическом 
мире. 
Осуществления этих процессов и восполнения неизбежных потерь в окружающую 
среду в соответствии с классическими законами термодинамика возможны только при 
постоянном притоке энергии в организм из среды обитания. 
Согласно третьему закону термодинамики, при стремлении абсолютной 
температуры простых кристаллических тел к нулю абсолютное значение их энтропии 
также стремится к нулю [1]. 
Все разнообразие проявлений жизни сопровождается превращениями энергии без 
ее возникновения или исчезновения. Суть жизни состоит в непрерывной 
последовательности таких изменений, как рост, самопроизведение и синтез сложных 

59 
химических соединений. Экологи по сути, изучает способы превращения энергии внутри 
экосистем. 
Важнейшая особенность живых организмов, экосистем и биосферы, в целом 
способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядочности, то 
есть состояние с низкой энтропией. Следовательно, экосистемы и организмы 
представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, которые 
постоянно обмениваются с окружающей средой энергий и веществом, уменьшая этим 
энтропию внутри себя, но увеличивая ее вовне в соответствии с законом термодинамики.

жүктеу/скачать 5.99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: