Классификация видов энергии

В настоящее время можно составить научно обоснованную классификацию видов энергии и с ее помощью исследовать и оценить их всевозможные взаимопревращения. Взяв за основу критерий, включающий виды материи, формы ее движения и виды взаимодействия, выделяют следующие виды энергии.

1. Аннигиляционная энергия - полная энергия системы «ве­щество-антивещество», освобождающаяся при аннигиляции.

2. Ядерная энергия - энергия связи нейтронов и протонов в ядре, освобождающаяся при делении и синтезе ядер атомов.

3. Химическая энергия - энергия системы из двух или более реагирующих веществ. Эта энергия освобождается в результате перестройки электронных оболочек атомов и молекул при хими­ческих реакциях.

4. Гравитационная (гравистическая) энергия - потенциаль­ная энергия ультраслабого взаимодействия всех тел, пропор­циональная их массам.

5. Электростатическая энергия - потенциальная энергия взаимодействия электрических зарядов, т.е. запас энергии элек­трически заряженного тела, накапливаемый в процессе преодо­ления им сил электрического поля.

6. Магнитостатическая энергия - потенциальная энергия взаимодействия «магнитных зарядов», или запас энергии, нака­пливаемой телом при преодолении сил магнитного поля в про­цессе перемещения против действия этих сил.

7. Нейтриностатическая энергия - потенциальная энергия слабого взаимодействия «нейтринных зарядов», или запас энер­гии, накапливаемый в процессе преодоления сил Ь-поля - «ней­тринного поля». Вследствие огромной проникающей способности нейтрино накапливать такую энергию практически невозможно.

8. Упругостная энергия - потенциальная энергия механиче­ски упруго измененного тела (сжатая пружина, газ), освобож­дающаяся при снятии нагрузки чаще всего в виде механической энергии.

9. Тепловая энергия - часть энергии теплового движения частиц, которая освобождается при наличии разности темпера­тур тела и окружающей среды.

10. Механическая энергия - кинетическая энергия свобод-нодвижущихся тел и отдельных частиц.

11. Электрическая (электродинамическая) энергия - энергия электрического поля.

1 2. Мезонная энергия - энергия движения мезонов (пио­нов) - квантов ядерного поля, путем обмена которыми взаимо­действуют нуклоны.

1 3. Электромагнитная (фотонная) - энергия движения фо­тонов электромагнитного поля.

14. Гравидинамическая энергия (гравитонная) - энергия движения гипотетических квантов гравитационного поля - грави­тонов.

1 5. Нейтринодинамическая энергия - энергия движения ней­трино.

Часто в особый вид выделяют биологическую энергию. Но биологические процессы - всего лишь особая группа физико-химических процессов, в которых участвуют те же виды энергии, что и в других. Обычно в растениях электромагнитная энергия солнечного излучения превращается в химическую, а в организ­мах животных химическая энергия пищи превращается в тепло­вую, механическую, электрическую, а иногда и в световую (элек­тромагнитную). Поэтому правильнее говорить не о биологиче­ской энергии, а о биологических преобразователях энергии -растениях и животных.

Большинство специалистов считает, что пока нет оснований выделять в отдельный вид психическую энергию, так как неясно, каким материальным носителям, формам движения материи и видам взаимодействия можно сопоставить эту энергию. Однако ни один акт человеческой деятельности не может обойтись без мотивационного, а значит и «психоэнергетического» обеспече­ния, источником которого служит физико-химическая энергия организма.

В последнее время на основе изучения космических явле­ний, в частности, солнечной активности, теоретики предполагают существование «вакуумной энергии». Космический вакуум рас­сматривается ими как сверхплотная среда с мелкодисперсной структурой, а обычная материя - как разреженное состояние этой среды. При фантастической плотности в 10⁹³ г/см³ между «зернами» вакуума действуют огромные гравитационные силы, и энергия вакуума оказывается как бы «запечатанной». Чтобы возбудить вакуум и освободить эту энергию, надо сжать материю до огромной плотности, что в земных условиях не представляет­ся пока возможным.

Из всех видов энергии практическое использование имеют всего 10 видов: ядерная, химическая, упругостная, гравитацион­ная, тепловая, механическая, электрическая, электромагнитная, электростатическая и магнитостатическая. При этом непосред­ственно используется всего четыре вида: тепловая (70-75%), механическая (около 20-22%), электрическая (около 3-5%) и электромагнитная (световая) - менее 1 %. Главным источником непосредственно используемых видов энергии служит пока хи­мическая энергия минеральных органических веществ (уголь, нефть, природный газ и т.д.), запасы которой на Земле находят­ся на грани истощения. Поэтому остро стоит вопрос о новых источниках энергии и новых видах энергии, которые человек сможет использовать в своей деятельности.

Теперь вернемся к энтропии. И здесь обнаруживается, что энтропия не передает всего многообразия энергии. Ее виды не­многочисленны и не совпадают с видами энергии. Основными видами энтропии являются: тепловая, структурная и информа­ционная. С тепловой энтропией мы уже знакомы (это мера рас­сеяния энергии). Структурная энтропия служит мерой неупоря­доченности строения систем. Так, если из строительных деталей собрать дом, то энтропия уменьшится, так как упорядоченность системы возрастет. Представление об информационной энтропии может дать следующий пример. При охлаждении газа до температуры абсолютного нуля он сначала переходит в жидкое состояние, а затем в твердое, т.е. переходит из неупоря­доченного состояние во все более упорядоченное. Соответст­венно растет и информация о расположении частиц газа. В газо­образном состоянии система беспорядочна, и судить о располо­жении частиц можно лишь на основе теории вероятности. В жид­кости наблюдается ближний порядок - непосредственное окру­жение уже становится более определенным. Максимальная упо­рядоченность наблюдается в твердом состоянии, особенно при абсолютном нуле. В твердом состоянии известен и ближний и дальний порядок, т.е. становятся известными и дальние соседи. Максимальная упорядоченность соответствует и максимальной информированности и минимальной величине информационной энтропии. Таким образом, информация эквивалентна отрица­тельной энтропии, или, как называл ее Л. Бриллюэн, «негэнтропии». Отсюда информационная энтропия - это мера неопреде­ленности информации.