Mamshungulii
Senior Member
- May 3, 2023
- 175
- 88
Fumbo la nishati: Nishati huifadhiwa, lakini tunaishiwa.
Tuangazie vyanzo vyetu vya sasa vya nishati na matarajio yetu ya nishati ya siku zijazo kwa ufupi. Kisayansi, hebu tuangalie baadhi ya sheria za kiasili. Itambulike kwamba sheria za kiasili hufupisha matokeo ya majaribio mengi. Kwa hapa sitakusumbua kwa kuelezea majaribio hayo yote, bali nitaelezea tu sheria na baadhi ya matokeo yake.
Sheria ya Kwanza ya Thermodynamics
Kutokana na majaribio mbalimbali katika miaka ya 1800, iligundulika kwamba, ingawa nishati inaweza kuwa katika aina mbalimbali, lakini nishati hazijawahi kuundwa wala kuharibiwa. Sheria hii (pia inaitwa Sheria ya Uhifadhi wa Nishati) watu wengi husema kuhusu sheria hii ya kwamba "huwezi kupata kitu bure" na hakuna kitu kama chakula cha mchana cha bure. Nishati haitengenezwi burebure, wala haiwezi kupotea bure, ingawa inaweza kwenda mahali pengine.
Kulingana na sheria hii ya uhifadhi wa nishati kisayansi, hatuwezi kushinda - yaani, hatuwezi kutengeneza mashine inayoweza kujitengenezea nishati yenyewe. Pia, kutoka kwenye sheria hii ya kwanza ya kisayansi, hatuwezi pia kuishiwa na nishati sababu nishati imehifadhiwa. Hii ni ukweli usiopingika na haimaanishi kwamba hatuna matatizo mengi. Kuna sheria nyingine ya kisayansi yenye mkono mrefu ambayo hatuwezi kuiepuka.
Nishati na Sheria ya Pili: Mambo Yanazidi Kuwa Mabaya Zaidi
Licha ya majaribio yasiyohesabika, hakuna aliyewahi kujenga mashine yenye mafanikio ya "perpetual motion" (inayofanya kazi daima). Huwezi kutengeneza mashine ambayo itazalisha nishati zaidi kuliko inavyotumia. Hata kama injini haifanyi kazi yoyote, inapoteza nishati (kama joto) kutokana na msuguano wa sehemu zake zinazosonga. Kwa kweli, katika injini yoyote ile halisi, huwezi kupata nishati nyingi ya kuitumia kama ile unavyoiweka. Huwezi hata kuivunja. Ikiwa nishati haitengenezwi wala haiharibiwi, kwa nini sikuzote tunahitaji zaidi? Je, tuliyo nayo sasa haitadumu milele? Jibu liko kwa ukweli kwamba nishati inaweza kubadilishwa kutoka umbo moja hadi nyingine na si umbo zote ni sawa. Nishati ya hali ya juu inaharibiwa mara kwa mara na kuwa ya kiwango cha chini. Nishati hutiririka chini chini. Nishati ya mitambo hatimaye hubadilishwa kuwa nishati ya joto. Vitu vya joto hupoa kwa kuhamisha joto lao hadi kwa vitu baridi. Kuna mwelekeo wa usambazaji sawa wa nishati. Nishati hubadilika kila mara kutoka kwa kitu moto hadi chenye baridi zaidi. Kinyume chake hakijitokezi tu.
Uchunguzi wa mtiririko wa joto ulisababisha kuundwa kwa sheria ya pili ya thermodynamics. Katika aina moja (ya nyingi), sheria inasema kwamba nishati haijongei yenyewe kutoka kwa kitu baridi hadi chenye joto. Sasa ni kweli kwamba tunaweza kufanya mabadiliko ya nishati kutoka eneo lenye baridi hadi lenye joto - ndivyo friji zinavyohusika, lakini hatuwezi kufanya hivyo bila kuleta mabadiliko mahali pengine. Aina hii ya ubadilishaji wa mchakato wa asili inaweza tu kufanywa kwa gharama. Gharama kwa upande wa friji ni matumizi ya umeme.
Njia nyingine ya kuangalia sheria ni katika suala la machafuko, mwanasayansi hutumia neno entropy kuashiria kubahatisha kwa mfumo. Kadiri mfumo unavyochanganyika zaidi, ndivyo entropy yake inavyokuwa juu. Wimbo wa kitalu "Humty-Dumty" unaonyesha sheria ya pili ya thermodynamics. Mara moja Humpty alikuwa ameanguka na kuvunjika katika hali ya machafuko zaidi, "farasi wote wa mfalme na wanaume wote" hawakuweza kumwinua kumweka pamoja tena. Madini ya chuma ya hali ya juu (atomi za chuma zilizoagizwa sana) na kusambazwa ulimwenguni kote kama chembe za chuma (atomi za chuma zilizosambazwa kwa nasibu), wanajiolojia wote wa ulimwengu na wanakemia wa ulimwengu hawataweza kuziunganisha tena.
Kwa kweli, wakati mwingine tunaweza kubadilisha mwelekeo wa kubahatisha - lakini tu kupitia matumizi ya nishati. Kwa mfano, deki mpya ya kadi za kucheza inaweza kupangwa kwa mpangilio na viwango, hali ya mpangilio wa juu (entropy ya chini). Kama kadi huangushwa na kutawanywa ovyo kwenye sakafu (entropy ya juu), zinaweza kurejeshwa katika hali yake endapo tu matumizi ya nishati yatahusika - kuinama, kujikunja, kuziokota, na kuanza kurudishia. Mwili umelazimika kubadilisha nishati ya chakula kuwa nishati ya misuli kufanya kazi hiyo. Kuna uwezekano mkubwa kwamba kadi zinaweza kujiinua kutoka kwenye sakafu na kujirudishia tena kwenye deki, hapana.
Kwa hivyo, sheria ya pili inaweka kizuizi kwa kile ambacho kinachoweza kufanyika. Pia ina kitu cha kusema juu ya kile tunachopaswa kufanya juu ya shida zetu nyingi za mazingira, na inaelekeza - badala yake kwa uthabiti - idadi ya mambo ambayo hatuwezi kufanya.
Unamjua mtu ambaye ungependa kumbadilisha, kumdhiti au kumboresha?
Vizuri! Hiyo ni sawa. Ninaiunga mkono, lakini kwa nini usianze mwenyewe? Kwa mtazamo wa ubinafsi kabisa, hiyo ni faida kubwa zaidi kuliko kujaribu kuboresha wengine. Usilalamike juu ya umande kwenye paa la majirani zako, "wakati mlango wako mwenyewe ni najisi." Alisema mtakatifu Confucius.
Sayansi na teknolojia zinahusiana katika maisha ya kila siku. Watu mara nyingi hushindwa kutofautisha kati ya maneno hayo. Teknolojia inaweza kufafanuliwa kama jumla ya michakato ambayo binadamu hurekebisha nyenzo za asili ili kutosheleza mahitaji na matakwa yao. Taratibu hizi hazihitaji kutegemea kanuni za kisayansi. Kwa mfano, watu wa kale waliweza kuyeyusha madini ili kuzalisha metali kama vile shaba na chuma bila kuwa na ufahamu wowote wa kemia inayohusika. Watu wachache wanahoji kuwa jamii ya kisasa imenufaika kutokana na sayansi na teknolojia, lakini kuna hatari inayohusishwa na maendeleo ya kiteknolojia. Tunawezaje kubaini wakati maendeleo yenye faida yanazidi kuliko athari zinazotokea? Ingawa kuna matatizo mengi, sayansi na teknolojia pengine zitaweza kutupatia utatuzi mwingi wa nishati kwa ajili ya siku zijazo, ingawa ikiambatana na uchafuzi wa mazingira.
Tunachagua njia bora ya uzalishaji wa nishati? Kazi ni ngumu kwa hakika. Chaguo lifanywe na wenye taarifa ambao wamechunguza mchakato huo tangu mwanzo hadi mwisho. Lazima tujue ni nini kinahusika katika ujenzi wa mitambo ya kuzalisha umeme, uzalishaji wa nishati, na matumizi ya mwisho ya nishati katika nyumba zetu na viwanda. Ni lazima tujue kwamba nishati hupotea (kama joto) katika kila hatua katika mchakato. Nguvu nyingi huhusisha uchafuzi mkubwa wa joto katika maeneo ambapo nishati inazalishwa, kwa maana hatuwezi kuepuka mkono mrefu wa sheria ya pili ya thermodynamics.
Je, matumizi yetu mabaya ya nishati yataathiri hali ya hewa ya dunia? Shughuli zetu tayari zimeathiri hali ya hewa nchini. Athari za kimataifa za upanuzi wa matumizi yetu ya nishati ni vigumu kuyakadiria.
Tunaweza kufanya nini kama wananchi?
1. Tunaweza kuhifadhi na kuyatunza mazingira.
2. Tunaweza kutembea zaidi na kutumia magari kidogo.
3. Tunaweza kupunguza matumizi yetu ya nishati ya umeme.
4. Tunaweza kununua vifaa vyenye ufanisi zaidi na rafiki kwa mazingira.
5. Tunaweza kuepuka kununua bidhaa zinazoharibu mazingira na kubuni bidhaa rafiki za mazingira.
Tuangazie vyanzo vyetu vya sasa vya nishati na matarajio yetu ya nishati ya siku zijazo kwa ufupi. Kisayansi, hebu tuangalie baadhi ya sheria za kiasili. Itambulike kwamba sheria za kiasili hufupisha matokeo ya majaribio mengi. Kwa hapa sitakusumbua kwa kuelezea majaribio hayo yote, bali nitaelezea tu sheria na baadhi ya matokeo yake.
Sheria ya Kwanza ya Thermodynamics
Kutokana na majaribio mbalimbali katika miaka ya 1800, iligundulika kwamba, ingawa nishati inaweza kuwa katika aina mbalimbali, lakini nishati hazijawahi kuundwa wala kuharibiwa. Sheria hii (pia inaitwa Sheria ya Uhifadhi wa Nishati) watu wengi husema kuhusu sheria hii ya kwamba "huwezi kupata kitu bure" na hakuna kitu kama chakula cha mchana cha bure. Nishati haitengenezwi burebure, wala haiwezi kupotea bure, ingawa inaweza kwenda mahali pengine.
Kulingana na sheria hii ya uhifadhi wa nishati kisayansi, hatuwezi kushinda - yaani, hatuwezi kutengeneza mashine inayoweza kujitengenezea nishati yenyewe. Pia, kutoka kwenye sheria hii ya kwanza ya kisayansi, hatuwezi pia kuishiwa na nishati sababu nishati imehifadhiwa. Hii ni ukweli usiopingika na haimaanishi kwamba hatuna matatizo mengi. Kuna sheria nyingine ya kisayansi yenye mkono mrefu ambayo hatuwezi kuiepuka.
Nishati na Sheria ya Pili: Mambo Yanazidi Kuwa Mabaya Zaidi
Licha ya majaribio yasiyohesabika, hakuna aliyewahi kujenga mashine yenye mafanikio ya "perpetual motion" (inayofanya kazi daima). Huwezi kutengeneza mashine ambayo itazalisha nishati zaidi kuliko inavyotumia. Hata kama injini haifanyi kazi yoyote, inapoteza nishati (kama joto) kutokana na msuguano wa sehemu zake zinazosonga. Kwa kweli, katika injini yoyote ile halisi, huwezi kupata nishati nyingi ya kuitumia kama ile unavyoiweka. Huwezi hata kuivunja. Ikiwa nishati haitengenezwi wala haiharibiwi, kwa nini sikuzote tunahitaji zaidi? Je, tuliyo nayo sasa haitadumu milele? Jibu liko kwa ukweli kwamba nishati inaweza kubadilishwa kutoka umbo moja hadi nyingine na si umbo zote ni sawa. Nishati ya hali ya juu inaharibiwa mara kwa mara na kuwa ya kiwango cha chini. Nishati hutiririka chini chini. Nishati ya mitambo hatimaye hubadilishwa kuwa nishati ya joto. Vitu vya joto hupoa kwa kuhamisha joto lao hadi kwa vitu baridi. Kuna mwelekeo wa usambazaji sawa wa nishati. Nishati hubadilika kila mara kutoka kwa kitu moto hadi chenye baridi zaidi. Kinyume chake hakijitokezi tu.
Uchunguzi wa mtiririko wa joto ulisababisha kuundwa kwa sheria ya pili ya thermodynamics. Katika aina moja (ya nyingi), sheria inasema kwamba nishati haijongei yenyewe kutoka kwa kitu baridi hadi chenye joto. Sasa ni kweli kwamba tunaweza kufanya mabadiliko ya nishati kutoka eneo lenye baridi hadi lenye joto - ndivyo friji zinavyohusika, lakini hatuwezi kufanya hivyo bila kuleta mabadiliko mahali pengine. Aina hii ya ubadilishaji wa mchakato wa asili inaweza tu kufanywa kwa gharama. Gharama kwa upande wa friji ni matumizi ya umeme.
Njia nyingine ya kuangalia sheria ni katika suala la machafuko, mwanasayansi hutumia neno entropy kuashiria kubahatisha kwa mfumo. Kadiri mfumo unavyochanganyika zaidi, ndivyo entropy yake inavyokuwa juu. Wimbo wa kitalu "Humty-Dumty" unaonyesha sheria ya pili ya thermodynamics. Mara moja Humpty alikuwa ameanguka na kuvunjika katika hali ya machafuko zaidi, "farasi wote wa mfalme na wanaume wote" hawakuweza kumwinua kumweka pamoja tena. Madini ya chuma ya hali ya juu (atomi za chuma zilizoagizwa sana) na kusambazwa ulimwenguni kote kama chembe za chuma (atomi za chuma zilizosambazwa kwa nasibu), wanajiolojia wote wa ulimwengu na wanakemia wa ulimwengu hawataweza kuziunganisha tena.
Kwa kweli, wakati mwingine tunaweza kubadilisha mwelekeo wa kubahatisha - lakini tu kupitia matumizi ya nishati. Kwa mfano, deki mpya ya kadi za kucheza inaweza kupangwa kwa mpangilio na viwango, hali ya mpangilio wa juu (entropy ya chini). Kama kadi huangushwa na kutawanywa ovyo kwenye sakafu (entropy ya juu), zinaweza kurejeshwa katika hali yake endapo tu matumizi ya nishati yatahusika - kuinama, kujikunja, kuziokota, na kuanza kurudishia. Mwili umelazimika kubadilisha nishati ya chakula kuwa nishati ya misuli kufanya kazi hiyo. Kuna uwezekano mkubwa kwamba kadi zinaweza kujiinua kutoka kwenye sakafu na kujirudishia tena kwenye deki, hapana.
Kwa hivyo, sheria ya pili inaweka kizuizi kwa kile ambacho kinachoweza kufanyika. Pia ina kitu cha kusema juu ya kile tunachopaswa kufanya juu ya shida zetu nyingi za mazingira, na inaelekeza - badala yake kwa uthabiti - idadi ya mambo ambayo hatuwezi kufanya.
Unamjua mtu ambaye ungependa kumbadilisha, kumdhiti au kumboresha?
Vizuri! Hiyo ni sawa. Ninaiunga mkono, lakini kwa nini usianze mwenyewe? Kwa mtazamo wa ubinafsi kabisa, hiyo ni faida kubwa zaidi kuliko kujaribu kuboresha wengine. Usilalamike juu ya umande kwenye paa la majirani zako, "wakati mlango wako mwenyewe ni najisi." Alisema mtakatifu Confucius.
Sayansi na teknolojia zinahusiana katika maisha ya kila siku. Watu mara nyingi hushindwa kutofautisha kati ya maneno hayo. Teknolojia inaweza kufafanuliwa kama jumla ya michakato ambayo binadamu hurekebisha nyenzo za asili ili kutosheleza mahitaji na matakwa yao. Taratibu hizi hazihitaji kutegemea kanuni za kisayansi. Kwa mfano, watu wa kale waliweza kuyeyusha madini ili kuzalisha metali kama vile shaba na chuma bila kuwa na ufahamu wowote wa kemia inayohusika. Watu wachache wanahoji kuwa jamii ya kisasa imenufaika kutokana na sayansi na teknolojia, lakini kuna hatari inayohusishwa na maendeleo ya kiteknolojia. Tunawezaje kubaini wakati maendeleo yenye faida yanazidi kuliko athari zinazotokea? Ingawa kuna matatizo mengi, sayansi na teknolojia pengine zitaweza kutupatia utatuzi mwingi wa nishati kwa ajili ya siku zijazo, ingawa ikiambatana na uchafuzi wa mazingira.
Tunachagua njia bora ya uzalishaji wa nishati? Kazi ni ngumu kwa hakika. Chaguo lifanywe na wenye taarifa ambao wamechunguza mchakato huo tangu mwanzo hadi mwisho. Lazima tujue ni nini kinahusika katika ujenzi wa mitambo ya kuzalisha umeme, uzalishaji wa nishati, na matumizi ya mwisho ya nishati katika nyumba zetu na viwanda. Ni lazima tujue kwamba nishati hupotea (kama joto) katika kila hatua katika mchakato. Nguvu nyingi huhusisha uchafuzi mkubwa wa joto katika maeneo ambapo nishati inazalishwa, kwa maana hatuwezi kuepuka mkono mrefu wa sheria ya pili ya thermodynamics.
Je, matumizi yetu mabaya ya nishati yataathiri hali ya hewa ya dunia? Shughuli zetu tayari zimeathiri hali ya hewa nchini. Athari za kimataifa za upanuzi wa matumizi yetu ya nishati ni vigumu kuyakadiria.
Tunaweza kufanya nini kama wananchi?
1. Tunaweza kuhifadhi na kuyatunza mazingira.
2. Tunaweza kutembea zaidi na kutumia magari kidogo.
3. Tunaweza kupunguza matumizi yetu ya nishati ya umeme.
4. Tunaweza kununua vifaa vyenye ufanisi zaidi na rafiki kwa mazingira.
5. Tunaweza kuepuka kununua bidhaa zinazoharibu mazingira na kubuni bidhaa rafiki za mazingira.
Upvote
2
