5.Ποιά είναι η φυσική σημασία του έργου δύναμης;

Το Έργο ως φυσικό μέγεθος εκφράζει την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο ή που μετατρέπεται από μια μορφή σε μια άλλη. Συμβολίζεται με το γράμμα W (από τον αντίστοιχο αγγλικό όρο Work). Μονάδα μέτρησης του έργου είναι το 1 Joule. (1 N·m)

Έργο Δύναμης

Σταθερή Δύναμη

Το έργο μιας σταθερής δύναμης F ορίζεται ως το γινόμενο της δύναμης F (σε Ν) επί την μετατόπιση x (σε m).

Μεταβαλλόμενη Δύναμη

Ωστόσο, αν η δύναμη είναι μεταβαλλόμενη, τότε το έργο της υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την συνάρτηση F(x) δύναμης-μετατόπισης και ολοκληρώνοντάς την πάνω στη μετατόπιση.

Έργο και Κινητική Ενέργεια

Η μεταβολή της Κινητικής Ενέργειας ενός σώματος (ΔΚ) ισούται με το αλγεβρικό άθροισμα των έργων όλων των δυνάμεων που δρουν πάνω του ή, ισοδύναμα, είναι ίση με το έργο της συνισταμένης δύναμης.

θερμοδυναμική

Στη θερμοδυναμική το έργο ορίζεται κάπως διαφορετικά απ' ό,τι στην κινηματική, και έχει να κάνει με μεταβολές όγκου του αερίου που μελετάμε.

Αντιστρεπτή μεταβολή

Το έργο ενός αερίου σε μια αντιστρεπτή μεταβολή είναι η ενέργεια που ανταλάσσει το αέριο με το περιβάλλον λόγω της μεταβολής του όγκου του. Δίνεται από τον τύπο: δW=pdV, όπου p είναι η πίεση που ασκεί το αέριο και ΔV η μεταβολή του όγκου του. Από την παραπάνω σχέση είναι φανερο ότι το έργο είναι θετικό όταν το αέριο εκτονώνεται (αυξάνεται ο όγκος του) και αρνητικό όταν συμπιέζεται (μειώνεται ο όγκος του). Επίσης το έργο σε μια αντιστρεπτή μεταβολή είναι

αριθμητικά ίσο με το εμβαδόν της επιφάνειας μεταξύ της γραφικής παράστασης της μεταβολής και του άξονα V,στο διάγραμμα P-V. Στην ισόχωρη αντιστρεπτή μεταβολή, όπου δεν έχουμε μεταβολή όγκου, το έργο είναι μηδέν.

3.Πότε διατηρείται η μηχανική ενέργεια;

Αρχή διατηρησής της μηχανικής ενέργειας

Η μηχανική ενέργεια ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων είναι σταθερή όταν όλες οι δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό είναι συντηρητικές.Η Α.Δ.Μ.Ε ιχύει και στην περίπτωση των μη συντηρητικών δυνάμεων, αρκεί το έργο τους να είναι ίσο με μηδέν για την κίνηση που την εφαρμόζουμε.

Συντηρητικές δυνάμεις

Σηντηρητικές ή διατηρητικές δυναμείς ονομάζουμε τις δυνάμεις που συντηρούν (δεν αυξομιώνουν) τη μηχαανική ενέργεια του συστήματος απο το οποίο δρούν.Οι συντηρητικές δυναμείς έχουν της εξής ιδιότητες:

1) Το έργο τους κατά μήκος μίας κλειστής διαδρομής είναι και με μηδέν.

2)Το έργο τους δεν εξαρτάται απο την τροχία αλλά μόνο με την αρχική και τελική θέση του σώματος.

Συντηρητικές δυνάμεις: είναι το βάρος,οι ηλεκτρικές δυνάμεις και οι δυνάμεις που ασκούν τα παραμορφωμένα ελατήρια.

Πως διατυπώνεται η αρχή διατηρησής της ενέργειας;

Αρχή διατήρησης της ενέργειας είναι ότι το αλγεβρικό άθροισμα όλων των μορφών ενέργειας που εμφανίζονται σε ένα (απομονωμένο) σύστημα διατηρείται σταθερό με την πάροδο του χρόνου. Σε αυτό το άθροισμα μπορεί να ληφθεί υπόψιν η ενέργεια που οφείλεται σε τυχόν έλλειμμα μάζας. Η αρχή διατήρησης της ενέργειας συμπεριλαμβάνεται στη γενικότερη Αρχή διατήρησης της ενέργειας-μάζας.

Η αρχή διατήρησης της ενέργειας είναι μια από τις θεμελιώδεις αρχές της Φυσικής, της Χημείας και γενικά των θετικών και φυσικών επιστημών. Σε αυτήν την αρχή στηρίζεται η θεωρητική πρόβλεψη των νετρίνων

3.Ποιές είναι οι μορφές ενέργειας στη Μηχανική;

Κινητική ενέργεια

Κινητική ενέργεια (ΕK, ΚΕ, Κ, ή ακόμη και Τ) είναι η ενέργεια που έχει ένα σώμα όταν κινείται και αναφέρεται στην ικανότητά του να παράγει έργο. Ως κινητική ενέργεια ενός σώματος ορίζεται η συνολική ενέργεια που χρειάζεται να απορροφήσει ένα σώμα προκειμένου να αποκτήσει ορισμένη μεταφορική ταχύτητα ή/και γωνιακή ταχύτητα ξεκινώντας από την ακινησία. Υπάρχουν δύο ανεξάρτητα είδη κινήσεων για ένα μηχανικό σώμα, η μεταφορική κίνηση και η περιστροφή, οι οποίες χαρακτηρίζονται από την ταχύτητα και τη γωνιακή ταχύτητα αντίστοιχα. Έτσι, ορίζονται δύο ειδών κινητικές ενέργειες, η μεταφορική κινητική ενέργεια και η περιστροφική κινητική ενέργεια, οι οποίες συμβολίζονται με Κμ και Κπ αντίστοιχα. Για ταχύτητες μικρές σε σχέση με την ταχύτητα του φωτός στο κενό, η μεταφορική κινητική ενέργεια ισούται κατά προσέγγιση με το ήμισυ του γινομένου της μάζας του σώματος επί το τετράγωνο της ταχύτητάς του, ενώ η περιστροφική κινητική ενέργεια ισούται με το ήμισυ του γινομένου της ροπής αδράνειας επί το τετράγωνο της γωνιακής ταχύτητας όπως.

Συνεπώς κινητική ενέργεια έχουν τα σώματα που εκτελούν κίνηση ή περιστροφή ή ταλάντωση. Για παράδειγμα το βλήμα ή ο πύραυλος που εκτοξεύεται έχει κινητική ενέργεια λόγω της ταχύτητάς του. Όταν ένα όχημα επιβραδύνεται χάνει σταδιακά την κινητική του ενέργεια.

Δυναμική ενέργεια

Ως δυναμική ενέργεια ορίζεται η ενέργεια που κατέχει ένα σώμα λόγω της θέσεως ή της κατάστασής του, είναι δηλαδή η δυνατότητα του

σώματος να παράγει έργο επειδή βρίσκεται μέσα σε κάποιο πεδίο δυνάμεων. Συγκεκριμένα, η δυναμική ενέργεια διακρίνεται σε ενέργεια θέσεως (π.χ. ένα σώμα σε πεδίο βαρύτητας που έχει τη δυνατότητα να κινηθεί σε χαμηλότερη θέση παράγοντας έργο) και ενέργεια μορφής η αλλιως παραμορφωσης, που εμφανίζεται όταν συστρέφουμε, συμπιέζουμε, τεντώνουμε ή λυγίζουμε ένα υλικό αλλάζοντας τη φυσική του μορφή (π.χ. το παραμορφωμένο ελατήριο ή λάστιχο). Στην περίπτωση αυτή, το σώμα μπορεί να παράγει έργο επανερχόμενο στη "φυσική" του μορφή..

Στην περίπτωση ενός ομογενούς δυναμικού πεδίου, δηλαδή ενός πεδίου όπου η δύναμη είναι σταθερή σε όλη την έκτασή του, η δυναμική ενέργεια ενός σώματος ορίζεται ως το γινόμενο της δύναμης που ασκείται επάνω του επί την απόστασή του από την περιοχή του πεδίου, όπου θεωρούμε συμβατικά ότι η δυναμική ενέργεια έχει μηδενική τιμή.

Εδυν= FxT

όπου F = δύναμη του πεδίου που ασκείται στο σώμα, r = απόσταση από το σημείο με μηδενική δυναμική ενέργεια. Εάν το πεδίο δεν είναι ομογενές, δηλαδή η δύναμη μεταβάλλεται κατά μέτρο και φορά από σημείο σε σημείο, ο παραπάνω ορισμός ισχύει μόνο τοπικά, δηλαδή μας δίνει τη μεταβολή της δυναμικής ενέργειας για μια απειροστή μετακίνηση μέσα στο πεδίο, κατά την οποία η δύναμη είναι περίπου σταθερή. Η συνολική μεταβολή της δυν. ενέργειας δίνεται από το άθροισμα τέτοιων απειροστών μετατοπίσεων (ολοκλήρωμα) μεταξύ δύο θέσεων (από τις οποίες η μία μπορεί να είναι το σημείο όπου ορίσαμε μηδενική τη δυναμική ενέργεια). Για να έχει νόημα η δυναμική ενέργεια, πρέπει ο παραπάνω υπολογισμός να μην εξαρτάται από τη διαδρομή που ακολουθήσαμε μεταξύ των δύο σημείων. Ένα δυναμικό πεδίο με την ιδιότητα αυτή ονομάζεται συντηρητικό ή διατηρητικό.

Η Κινητική και η Δυναμική ενέργεια θεωρούνται ως οι δύο μορφές της Μηχανικής ενέργειας. Κατά την κίνηση ενός σώματος ή φορτίου σε συντηρητικό πεδίο δυνάμεων, και εφόσον δεν υπάρχουν τριβές, η

δυναμική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια και το αντίστροφο, το άθροισμά τους όμως είναι πάντα σταθερό και ίσο με τη μηχανική ενέργεια που αρχικά είχε το σώμα.Δυναμική είναι η ενέργεια που έχουν τα σώματα, λόγω της κατάστασής τους ή της θέσης τους. Δυναμική είναι η ενέργεια του βέλους σε τεντωμένο τόξο, του συμπιεσμένου ελατηρίου αλλά και του νερού της λίμνης ή της πέτρας που βρίσκεται σε μεγάλο υψόμετρο.

1.Υπάρχει ορισμός της ενέργειας;

Κάθε φυσικό σύστημα περιέχει (ή εναλλακτικά αποθηκεύει) μία ποσότητα που ονομάζεται ενέργεια. Ενέργεια, συνεπώς, είναι η ικανότητα ενός σώματος ή συστήματος να παραγάγει έργο.

Οποιαδήποτε μορφή δράσης από τα παιδικά παιχνίδια μέχρι τη λειτουργία των μηχανών και από το μαγείρεμα τροφών μέχρι τη γραμμή παραγωγής στο εργοστάσιο προϋποθέτει κατανάλωση ενέργειας. Οι πράγματι πολυποίκιλες μορφές ενέργειας βρίσκονται πίσω από την ασύλληπτη ποικιλία των φυσικών φαινομένων.

Η ενέργεια με την οποία τροφοδοτείται ο πλανήτης μας προέρχεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από τον Ήλιο.

Η ενέργεια χαρακτηρίζεται, τόσο στη θεωρία όσο και στη πράξη, περισσότερο ως μια λογιστική έννοια, που δίνει τη δυνατότητα πρόβλεψης της εξέλιξης ή της κίνησης ενός συστήματος. Ορίζεται σαν το ποσό του έργου που απαιτείται προκειμένου το σύστημα να πάει από μια αρχική κατάσταση σε μια τελική. Ακριβώς πόση ενέργεια περιέχεται σε ένα σύστημα μπορεί να υπολογιστεί παίρνοντας το άθροισμα ή το ολοκλήρωμα ενός αριθμού ειδικών εξισώσεων (όπως οι εξισώσεις Λαγκράνζ ή οι εξισώσεις Χάμιλτον), καθεμιά από τις οποίες δίνει την ενέργεια που έχει αποθηκευτεί κατά έναν ιδιαίτερο τρόπο. Ανάλογα με τον τρόπο που έχει αποκτηθεί, ανταλλαχθεί ή αποθηκευτεί, μπορούμε να μιλήσουμε για πολλές μορφές ενέργειας.

4.Πώς διατυπώνεται η αρχή διατηρησής της ενέργειας;

Αρχή διατήρησης της ενέργειας είναι ότι το αλγεβρικό άθροισμα όλων των μορφών ενέργειας που εμφανίζονται σε ένα (απομονωμένο) σύστημα διατηρείται σταθερό με την πάροδο του χρόνου. Σε αυτό το άθροισμα μπορεί να ληφθεί υπόψιν η ενέργεια που οφείλεται σε τυχόν έλλειμμα μάζας. Η αρχή διατήρησης της ενέργειας συμπεριλαμβάνεται στη γενικότερη Αρχή διατήρησης της ενέργειας-μάζας.

Η αρχή διατήρησης της ενέργειας είναι μια από τις θεμελιώδεις αρχές της Φυσικής, της Χημείας και γενικά των θετικών και φυσικών επιστημών. Σε αυτήν την αρχή στηρίζεται η θεωρητική πρόβλεψη των νετρίνων.

Ειδικές περιπτώσεις της αρχής διατήρησης της ενέργειας:

Αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας

Έστω ότι οι μόνες ενέργειες που μπορούν να μεταβληθούν είναι η δυναμική ενέργεια και η κινητική ενέργεια. Τότε η μηχανική ενέργεια ως το άθροισμα των δύο προηγουμένων, έπεται ότι θα διατηρείται σταθερή. Έτσι, για τις στιγμές 1 και 2 ισχύει:

U1+K1=U2+K2

όπου U1 η συνολική δυναμική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 1,U2 η συνολική δυναμική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 2,K1 η συνολική κινητική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 1 και K2 η συνολική κινητική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 2 K1.

Αρχή διατήρησης της ενέργειας με θερμικές απώλειες

Αν στο σύστημα μεταβάλλονται μόνο η δυναμική ενέργεια, η μηχανική ενέργεια και υπάρχουν τριβές, ενώ οι υπόλοιπες μορφές ενέργειας παραμένουν σταθερές, τότε η εξίσωση γίνεται:

U1+K1=U2+K2+Q

όπου Q η θερμική ενέργεια που οφείλεται στις τριβές.

Αρχή διατήρησης της ενέργειας στις χημικές αντιδράσεις

Η ενέργεια γενικά του συστήματος ονομάζεται ενθαλπία. Κατά τις χημικές αντιδράσεις οι μεταφορά ενέργειας γίνεται από το σύστημα στο περιβάλλον ή αντίστροφα με τη μορφή θερμότητας, ενώ το τυχόν έργο του συστήματος συνυπολογίζεται στην ενθαλπία. Η εξίσωση είναι:

H1=Q+H2

που με H συμβολίζεται η ενθαλπία και Q η θερμότητα που αποβάλλεται στο περιβάλλον.

Αρχή διατήρησης της ενέργειας σε πυρηνικές αντιδράσεις

Στις πυρηνικές αντιδράσεις σημαντική είναι η ακτινοβολία γ και το έλλειμμα μάζας.

Πηγές: https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page

Θερμικές Μηχανές

Οι μηχανές και η σημασία τουςΠριν πούμε τι είναι οι θερμικές μηχανές θα μιλήσουμε γενικότερα για τις

μηχανές. Μηχανές ονομάζουμε τα τεχνήματα τα οποία όταν λειτουργούν παράγουν έργο. Είναι ίσως τα πιο σπουδαία τεχνήματα που έφτιαξε ο άνθρωπος, αφού με τη βοήθειά τους παράγονται όλα τα καταναλωτικά αγαθά. Με τη λειτουργία των μηχανών παράγονται οι τροφές μας ( αφού με τη βοήθεια των μηχανών οργώνουμε σπέρνουμε, θερίζουμε κλπ), κατασκευάζονται τα ρούχα μας, παρέχεται νερό στις βρύσες μας, μεταφερόμαστε με πλοία, αυτοκίνητα αεροπλάνα κλπ. Η κατασκευή τους απήλλαξε την ανθρωπότητα από τη δουλεία, αφού το ρόλο των μηχανών πριν αυτές εφευρεθούν τον παίζανε οι άνθρωποι ( δούλοι – υπηρέτες ) και τα ζώα. Αρκεί να σκεφτείτε ότι στην εποχή του Περικλεούς στην Αρχαία Αθήνα, ζούσανε περίπου 30.000 πολίτες και 300.000 δούλοι. Σε κάποια δίκη της εποχής εκείνης ένας πολίτης κατηγόρησε κάποιον άλλον, ότι αδίκως η πολιτεία του δίνει κάποιο επίδομα φτώχιας, αφού δεν είναι φτωχός. Και αυτό αποδεικνύεται από το γεγονός ότι έχει δικό του άλογο. Ο Λυσίας που ανέλαβε να υπερασπίσει τον φτωχό, ένα από τα πολλά επιχειρήματα που ανέπτυξε ήταν ότι πράγματι ήταν φτωχός, αφού δεν είχε κανέναν δούλο.

Λουτρό χαμηλής θερμοκρασίας Τ3 ( Περιβάλλον)

Λουτρό υψηλής θερμοκρασίας Τ1 ( Χώρος καύσης)

Q

Λουτρό χαμηλής θερμοκρασίας Τ2 ( Περιβάλλον)

Λουτρό υψηλής θερμοκρασίας Τ1 ( Χώρος καύσης)

Q2

Q1

W

Οι θερμικές μηχανέςΤώρα θα προσπαθήσουμε να περιγράψουμε τι είναι οι θερμικές μηχανές. Όλες

οι θερμικές μηχανές έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό. Καίνε κάποιο καύσιμο με αποτέλεσμα να υπάρχει μέσα στη μηχανή ένας χώρος που έχει θερμοκρασία μεγαλύτερη από το περιβάλλον. Οι μηχανές όμως δεν είναι απλώς μία φωτιά.

Η θερμοδυναμική περιγραφή μίας φωτιάς είναι η παρακάτω.

Όταν λέμε λουτρό θερμότητας, εννοούμε έναν χώρο στον οποίο η θερμοκρασία είναι σταθερή. Στο χώρο καύσης η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή αφού τον τροφοδοτούμε συνεχώς με καύσιμη ύλη, η οποία ενώνεται με το οξυγόνο μέσω μίας εξώθερμης αντίδρασης. Το περιβάλλον έχει σταθερή θερμοκρασία λόγω της μεγάλης του θερμοχωρητικότητας. Δηλαδή μπορεί να παίρνει ή να δίνει μικρά ποσά θερμότητας χωρίς ν’ αλλάζει η θερμοκρασία του.

Η θερμική μηχανή είναι κάτι παραπάνω από μία απλή φωτιά, αφού ένα μέρος της θερμότητας που ρέει από το ζεστό στο κρύο, μετατρέπεται σε έργο. Έτσι η θερμοδυναμική απεικόνιση μίας θερμικής μηχανής είναι η παρακάτω.

Αυτή η κλοπή ενός μέρους της θερμότητας Q1 και η μετατροπή της σε έργο, γίνεται με τη βοήθεια της χρήσης των μεταβολών ενός αέριου μέσου. Γιατί όμως το μέσο θα πρέπει να είναι αέριο θα ρωτούσε κάποιος, Η απάντηση είναι γιατί μέσω των μεταβολών ενός αερίου μπορεί να παραχθεί πολύ πιο αποτελεσματικά έργο, λόγω της δυνατότητας απότομης και μεγάλης μεταβολής του όγκου. Αν χρησιμοποιούσαμε υγρό ή στερεό, τότε η μεταβολή του όγκου θα ήταν πολύ μικρότερη και έτσι θα παρήγαγε ένα πολύ μικρότερο έργο. Το ίδιο θα συνέβαινε και με την αλλαγή του σχήματος (π.χ ελατήρια).

Η μεταβολή που παθαίνει το αέριο θα πρέπει να είναι οπωσδήποτε κυκλική. Γιατί θα ρωτούσε πάλι κάποιος. Ας υποθέσουμε ότι φτιάξαμε μία μηχανή που λειτουργεί με μέσο ένα αέριο, το οποίο όμως δεν εκτελεί κυκλικές μεταβολές. Τότε το αέριο δεν θα γύριζε ποτέ του στην ίδια κατάσταση πίεσης και όγκου από την οποία θα ξεκινούσε. Έτσι η πίεση ή θα αυξανόταν συνεχώς ή θα ελαττωνόταν συνεχώς. Αυτό θα οδηγούσε σε σταμάτημα της μηχανής αφού η πίεση θα γινόταν είτε αρκετά μεγάλη είτε αρκετά μικρή. Το ίδιο θα συνέβαινε και με τον όγκο. Άρα η απαίτηση της διαρκούς λειτουργίας της μηχανής, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι μεταβολές που παθαίνει το αέριο θα πρέπει να είναι κυκλικές.

Ερώτηση:Θα μπορούσε μια θερμική μηχανή αντί για φωτιά να λειτουργεί με παγάκια;

Δηλαδή το λουτρό θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας T1 να είναι το περιβάλλον και το λουτρό χαμηλής θερμοκρασίας Τ2 να είναι ένας χώρος με παγάκια; Αν η απάντησή σας είναι θετική γιατί δεν βλέπουμε στην πράξη τέτοιες παγομηχανές;

Η απόδοση μίας θερμικής μηχανήςΣε μία κυκλική μεταβολή, ως γνωστόν, ισχύει ότι ΔU=0. Έτσι εφαρμόζοντας το

πρώτο θερμοδυναμικό αξίωμα για μία θερμική μηχανή θα πάρουμε:Q1-Q2=W (1)Απόδοση μίας συσκευής ονομάζουμε την ωφέλιμη ενέργεια προς την

προσφερόμενη. Έτσι η απόδοση μιας θερμικής μηχανής θα είναι ίση με:

a=WQ1 (2)

Λόγω της σχέσεως (1) η απόδοση μίας θερμικής μηχανής θα ισούται με

a=1−Q2Q1 (3)

Το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα Το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: Δεν

μπορούμε να κατασκευάσουμε μία θερμική μηχανή που να έχει απόδοση 100%. Αυτή η πρόταση σύμφωνα με τη σχέση (3) μας λέει ότι δεν είναι δυνατό σε μία

θερμική μηχανή να ισχύει Q2=0. Με άλλα λόγια δεν είναι δυνατό, όλη η ροή θερμότητας να μετατραπεί σε έργο.

Λουτρό χαμηλής θερμοκρασίας Τ2 ( Περιβάλλον)

Λουτρό υψηλής θερμοκρασίας Τ1 ( χώρος καύσης)

Q1

W

Ας υποθέσουμε ότι υπήρχε μία μηχανή η οποία μετέτρεπε όλη τη θερμότητα Q1 σε έργο. Η θερμοδυναμική απεικόνιση αυτής της «ιδανικής» μηχανής θα ήταν η παρακάτω.

Παρατηρούμε ότι σε μία τέτοια «ιδανική» μηχανή το λουτρό θερμότητας χαμηλής θερμοκρασίας ( περιβάλλον) δεν παίζει κανένα ρόλο. Έτσι θα μπορούσε κάλλιστα το περιβάλλον να έχει την ίδια θερμοκρασία με το λουτρό θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας. Δηλαδή αυτή η μηχανή δεν θα χρειαζόταν να καίει κανένα καύσιμο!

Οι μηχανικοί όταν άρχισε να αναπτύσσεται η τεχνολογία των μηχανών, φτιάξανε θερμικές μηχανές με διάφορες ιδιότητες. Όλες όμως καίγανε κάποιο καύσιμο. Γιατί χρειαζόταν να υπάρχει απαραίτητα χώρος καύσης ( η γενικότερα διαφορά θερμοκρασίας με το περιβάλλον ώστε να υπάρχει η απαραίτητη ροή θερμότητας.). Την απαραίτητη αυτή προϋπόθεση της ύπαρξης ενός χώρου καύσης, δεν μπορούσαν να την ερμηνεύσουν θεωρητικά. Και γι΄αυτό την ανήγαγαν σε αξίωμα. Άρα το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα μπορεί να διατυπωθεί πιο απλά ότι δεν είναι δυνατό να φτιάξουμε θερμική μηχανή που να μην καίει κάποιο καύσιμο ή στην πιο ακραία περίπτωση να μην έχει δύο λουτρά θερμότητας διαφορετικών θερμοκρασιών.

Η μηχανή CarnotΓια να μπορούμε να απεικονίσουμε μία μεταβολή στο διάγραμμα P-V με μία

συνεχόμενη γραμμή ώστε να μπορούμε στη συνέχεια μέσω του εμβαδού να υπολογίσουμε το έργο, θα πρέπει η μεταβολή να είναι αντιστρεπτή. Δηλαδή να πραγματοποιείται πολύ αργά και χωρίς τριβές. Για να ισχύει για το αέριο μέσο της μηχανής η καταστατική εξίσωση PV=nRT θα πρέπει το αέριο να είναι ιδανικό. Άρα η θεωρητική μελέτη μίας θερμικής μηχανής είναι εφικτή αν οι μεταβολές είναι αντιστρεπτές και το μέσο ιδανικό αέριο. Ακριβώς μία τέτοια μηχανή λέγεται μηχανή Carnot.

Δηλαδή μηχανή Carnot ονομάζουμε μία θερμική μηχανή που χρησιμοποιεί ως μέσο το ιδανικό αέριο και οι μεταβολές που παθαίνει είναι αντιστρεπτές. Μία

τέτοια μηχανή είναι δυνατό να απεικονιστεί στο διάγραμμα P-V και να μελετηθεί θεωρητικά.

Οι μεταβολές μίας μηχανής CarnotΑς προσπαθήσουμε να βρούμε τι είδους μεταβολές συμβαίνουν σε μία τέτοια

μηχανή. Θα πρέπει αρχικά το αέριο μέσο να πάρει ένα ποσό θερμότητας Q1 από ένα λουτρό θερμότητας. Αυτό μπορεί να γίνει μόνο με μία ισόθερμη εκτόνωση, αφού λόγω του λουτρού θερμότητας η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. Τώρα θα πρέπει η θερμοκρασία του αέριου μέσου από Τ1 να γίνει Τ2 χωρίς ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον, έτσι ώστε να ετοιμαστεί το αέριο να αλληλεπιδράσει με το ψυχρό λουτρό θερμότητας. Η μείωση της θερμότητας χωρίς ανταλλαγή θερμοκρασία μπορεί να πραγματοποιηθεί με μία αδιαβατική εκτόνωση. Το αέριο τώρα πρέπει να αποδώσει ποσό θερμότητας Q2 στο περιβάλλον. Αυτό γίνεται με μία ισόθερμη συμπίεση. Τέλος για να κλείσει ο κύκλος πραγματοποιείται και μία αδιαβατική συμπίεση, ώστε το αέριο να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση.

Άρα ο κύκλος μίας μηχανής Carnot αποτελείται από δύο ισόθερμες και δύο αδιαβατικές μεταβολές εναλλάξ.

Η απόδοση μίας μηχανής CarnotΑποδεικνύεται σχετικά εύκολα ότι σε μία μηχανή Carnot ισχύει ότι Q1Q2

=T1T2 (4)

Έτσι η απόδοση μιας μηχανής Carnot όπως προκύπτει από τις (3) και (4) θα είναι

ac=1−T 2T 1 (5)

Παρατηρούμε ότι η απόδοση εξαρτάται αποκλειστικά από τις θερμοκρασίες των λουτρών θερμότητας.

Το θεώρημα CarnotΤο θεώρημα Carnot αναφέρει ότι η απόδοση της μηχανής Carnot είναι η

μεγαλύτερη από οποιαδήποτε άλλη μηχανή λειτουργεί ανάμεσα στις θερμοκρασίες T1 και T2. Το θεώρημα αυτό μπορεί να αποδειχθεί σχετικά εύκολα με τη βοήθεια του δεύτερου θερμοδυναμικού αξιώματος. Η ύπαρξη αυτού του θεωρήματος αναδεικνύει και τη χρησιμότητα της μελέτης της μηχανής Carnot αφού κάποιος δικαιολογημένα θα διερωτάτο γιατί να μελετάμε μία τέτοια μηχανή, η οποία είναι εντελώς θεωρητική και δεν μπορεί ποτέ να κατασκευαστεί.

Πράγματι με τη βοήθεια του θεωρήματος Carnot παίρνουμε μία εικόνα κατά πόσο μπορούμε να βελτιώσουμε την απόδοση μίας πραγματικής μηχανής. Ας γίνουμε πιο σαφείς με ένα παράδειγμα. Ας πούμε ότι φτιάξαμε μία μηχανή και μετρήσαμε την απόδοσή της και τη βρήκαμε 42%. Στη συνέχεια μετρήσαμε τη θερμοκρασία στο χώρο καύσης και στο περιβάλλον και υπολογίσαμε την απόδοση υποθέτοντας ότι η μηχανή μας λειτουργεί ως μηχανή Carnot. Έστω ότι βρήκαμε την απόδοση από τη σχέση (5) ίση με 67%. Αυτός ο υπολογισμός μας πληροφορεί ότι η μηχανή που φτιάξαμε έχει αρκετά περιθώρια βελτίωσης. Αντίθετα αν από την (5) βρίσκαμε ότι η απόδοση της αντίστοιχης μηχανής Carnot είναι 45% αυτό θα σήμαινε ότι η μηχανή μας είναι πολύ καλά κατασκευασμένη και δεν δέχεται και

πολλές άλλες βελτιώσεις, αφού η απόδοσή της είναι αρκετά κοντά στη μέγιστη θεωρητική τιμή.

Και ένα ελάττωμα της μηχανής CarnotΌπως είπαμε η μηχανή Carnot έχει τη μεγαλύτερη απόδοση από οποιαδήποτε

άλλη μηχανή που δουλεύει ανάμεσα στις ίδιες θερμοκρασίες χώρου καύσης και περιβάλλοντος. Η ισχύς όμως της μηχανής Carnot είναι μηδενική! Αφού για να είναι οι μεταβολές του αερίου αντιστρεπτές, θα πρέπει να πραγματοποιούνται πολύ αργά. Άρα η μηχανή Carnot είναι μία θεωρητική μηχανή με μηδενική σχεδόν ισχύ.

Τι είναι η φωτοσύνθεση;

Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα πράσινα φυτά και ορισμένοι άλλοι οργανισμοί μετασχηματίζουν τη φωτεινή ενέργεια σε χημική. Κατά την φωτοσύνθεση στα φυτά η φωτεινή ενέργεια δεσμεύεται και χρησιμοποιείται για τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα και νερού σε οξυγόνο και ενεργειακά πλούσιες οργανικές ενώσεις, κυρίως υδατάνθρακες.

ΓενικάΗ φωτοσύνθεση είναι σημαντικότατη και ιδιαίτερα πολύπλοκη βιολογική διεργασία, δια της οποίας οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, χρησιμοποιώντας φωτεινή ενέργεια, διοξείδιο του άνθρακα και νερό, παράγουν τα απαραίτητα για

τη θρέψη τους συστατικά. Τα χλωροφυλλούχα φυτά έχουν την ικανότητα να μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε οργανικές ουσίες, όπως γλυκόζη, απαραίτητες για την ανάπτυξη και τη συντήρησή τους. Η φωτοσυνθετική αυτή διεργασία γίνεται με την ενέργεια του ηλιακού φωτός. Η χημική αντίδραση της φωτοσύνθεσης, λεγόμενη και αντίδραση φωτοσύνθεσης είναι:

6CΟ2 + 12Η2Ο → C6Η12Ο6 + 6O2 + 6Η2Ο + 674 θερμίδες.

Η παραπάνω αντίδραση μπορεί ασφαλώς να απλοποιηθεί από χημικής πλευράς. Από βιοχημικής όμως αυτό δεν είναι ορθό, επειδή η απλοποιημένη αντίδραση θα έδειχνε ότι το ελεύθερο οξυγόνο θα προερχόταν εξ ημισείας από το CO2 και το Η2Ο ενώ, όπως θα δούμε, το οξυγόνο προέρχεται αποκλειστικά από την φωτόλυση του Η2Ο.

Στην πραγματικότητα όμως η φωτοσύνθεση γίνεται σε στάδια και με μια σειρά πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων, που συνοψίζονται στο πιο πάνω σχήμα. Οι αντιδράσεις αυτές γίνονται στους χλωροπλάστες.

ΙστορίαΟι πρώτες παρατηρήσεις του φαινομένου της φωτοσύνθεσης έγιναν από τον Τζόζεφ Πρίστλεϊ, το 1771. Αυτός πρώτος παρατήρησε ότι τα πράσινα φυτά καθάριζαν τον αέρα που είχε μολυνθεί από την αναπνοή των ζώων. Τις παρατηρήσεις του Πρίστλεϊ συνέχισε ο Ολλανδός γιατρός Ινκενχάους. Ο Νικολά ντε Σωσύρ (Nicolas Théodore de Saussure) απέδειξε, το 1804, ότι το βάρος του οξυγόνου, που έχει αποβληθεί μαζί με το βάρος του φυτού μετά τη φωτοσύνθεση, είναι μεγαλύτερο από το βάρος του διοξειδίου του άνθρακα που απορροφήθηκε. Κατά τον 20ό αιώνα το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης μελετήθηκε από κάθε πλευρά (βιοχημική, χημική, φυσιολογική κ.λ.π.). Το 1941 για πρώτη φορά έγιναν πειράματα με ραδιενεργά ισότοπα και διερευνήθηκε η πολύπλοκη σειρά που ακολουθούν οι διάφορες αντιδράσεις.

(via https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A6%CF%89%CF%84%CE%BF%CF%83%CF%8D%CE%BD%CE%B8%CE%B5%CF%83%CE%B7)

Τι είναι ο μεταβολισμός;

Ο μεταβολισμός είναι το σύνολο των βιοχημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών. Συνεπώς ο μεταβολισμός περιλαμβάνει όλες εκείνες τις βιοχημικές διαδικασίες, που εμπλέκονται στην παραγωγή και στην απελευθέρωση της ενέργειας.

Ο μεταβολισμός διακρίνεται σε δύο σκέλη, τον καταβολισμό και τον αναβολισμό. Ο καταβολισμός περιλαμβάνει τις αντιδράσεις διάσπασης πολύπλοκων ουσιών σε απλούστερες, με παράλληλη συνήθως απόδοση ενέργειας. Ο αναβολισμός περιλαμβάνει τις αντιδράσεις σύνθεσης πολύπλοκων χημικών ουσιών. Για την πραγματοποίηση των αντιδράσεων σύνθεσης καταναλώνεται συνήθως ενέργεια. Οι

καταβολικές δηλαδή αντιδράσεις αποδίδουν ενέργεια (εξώθερμες), ενώ οι αναβολικές απορροφούν ενέργεια (ενδόθερμες).

Η ενέργεια που παράγεται στα κύτταρα των οργανισμών αποθηκεύεται στους χημικούς δεσμούς των βιομορίων. Για να σχηματιστούν αυτοί οι δεσμοί απαιτείται ενέργεια, την οποία αποδίδουν στο περιβάλλον.

Εν προκειμένω όλες οι μεταβολικές αντιδράσεις πραγματοποιούνται σε διάφορα χρονικά στάδια, όπου δημιουργούνται ή διασπώνται βαθμιαία χημικές ενώσεις. Κάθε τέτοιο στάδιο της «μεταβολικής οδού» καταλύεται από διαφορετικό κάθε φορά ένζυμο, η δομή του οποίου φέρεται να κωδικοποιείται από συγκεκριμένο γονίδιο. Το δε τελικό προϊόν κάθε τέτοιας διαδικασίας ονομάζεται μεταβολίτης.

(via https :// el . wikipedia . org / wiki /% CE %9 C % CE % B 5% CF %84% CE % B 1% CE % B 2% CE % BF % CE % BB % CE % B 9% CF %83% CE % BC % CF %8 C % CF %82 )

Τι είναι η τροφική αλυσίδα

Με τον όρο τροφική αλυσίδα χαρακτηρίζεται γενικά η ακολουθία της μεταφοράς ύλης και ενέργειας από οργανισμό σε οργανισμό με τη μορφή τροφής. Πρόκειται δηλαδή για ακολουθία (αλυσίδα) οργανισμών, που υφίσταται σε κάθε οικοσύστημα, όπου οι επόμενοι τρέφονται από τους προηγούμενους.

Περιγραφή

Κάθε κρίκος ή στάδιο μιας τροφικής αλυσίδας ονομάζεται τροφικό επίπεδο. Η σχετική αξία της ενέργειας σε κάθε τροφικό επίπεδο συχνά εκτιμάται ως κατασκευή οικολογικών πυραμίδων. Στη πράξη όμως τόσο απλά συστήματα σπάνια

υπάρχουν και οι τροφικές σχέσεις μεταξύ οργανισμών συνηθέστερα συνιστούν ένα εκτεταμένο δίκτυο τροφής, πέραν του ενός τύπου ζώου ή φυτού. Συνέπεια αυτού είναι ότι οι τροφικές αλυσίδες διασυνδέονται τοπικά σ΄ ένα τροφικό δίκτυο που περιλαμβάνει διάφορους τύπους τροφής των οργανισμών. Για το λόγο αυτό σήμερα προτιμάται να γίνεται λόγος για τροφικό πλέγμα παρά για τροφική αλυσίδα. Έτσι η πολυπλοκότητα του τροφικού δικτύου ποικίλλει τόσο μέσα στο ίδιο το οικοσύστημα όσο και μεταξύ των διαφόρων οικοσυστημάτων.

Τα φυτά

Τα φυτά για παράδειγμα μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε τροφή μέσω της φωτοσύνθεσης, τα οποία και αποτελούν την πρωταρχική πηγή τροφής. Στο επόμενο τροφικό επίπεδο μιας αλυσίδας φυτοφάγων το φυτό τρώγεται από το φυτοφάγο. Στο επόμενο επίπεδο το φυτοφάγο ζώο τρώγεται από ένα σαρκοφάγο, το οποίο μπορεί, με τη σειρά του, να φαγωθεί από άλλο, μεγαλύτερο σαρκοφάγο. Σε παρασιτική τροφική αλυσίδα ένας μικρότερος οργανισμός

καταναλώνει τμήμα ενός μεγαλύτερου, του ξενιστή, ενώ μπορεί και ο ίδιος να παρασιτείται από μικρότερο ακόμη οργανισμό. Σε μια σαπροφυτική τροφική αλυσίδα οι μικροοργανισμοί επιβιώνουν τρεφόμενοι με νεκρή οργανική ύλη. Στην περίπτωση αυτή οι οργανισμοί ονομάζονται αποικοδομητές.

Παχυσαρκία

Η παχυσαρκία είναι η πάθηση που προκαλείται από υπερβολική συσσώρευση λίπους στο σώμα. Έχει δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία, οδηγώντας σε μείωση του προσδόκιμου ζωής και/ή αυξημένα προβλήματα υγείας. Ως παχύσαρκοι χαρακτηρίζονται τα άτομα που ο δείκτης μάζας- σώματος (ΔΜΣ) –μια μέτρηση που λαμβάνεται, διαιρώντας το βάρος ενός ατόμου σε κιλά, με το τετράγωνο του ύψους του σε μέτρα- ξεπερνά τα 30 kg/m2.

Η παχυσαρκία αυξάνει τις πιθανότητες απόκτησης διαφόρων ασθενειών, όπως καρδιοαγγειακές παθήσεις, σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2, αποφρακτική άπνοια ύπνου, ορισμένα είδη καρκίνου, οστεοαρθρίτιδα και άσθμα. Η παχυσαρκία συνήθως οφείλεται σε υπερβολική πρόσληψη τροφών, υψηλών σε ενεργειακή πυκνότητα, έλλειψη σωματικής άσκησης και σε γενετική προδιάθεση. Σε ορισμένες περιπτώσεις πρωταρχική αιτία αποτελούν τα γονίδια, ενδοκρινικές διαταραχές, φαρμακευτική αγωγή ή ψυχιατρική ασθένεια. Τα αποδεικτικά στοιχεία που στηρίζουν την άποψη ότι κάποιοι παχύσαρκοι τρώνε λίγο αλλά κερδίζουν βάρος λόγω αργού μεταβολισμού είναι περιορισμένα. Κατά μέσο όρο οι παχύσαρκοι ξοδεύουν περισσότερη ενέργεια από τους λεπτούς ομολόγους τους λόγω της ενέργειας που απαιτείται να συντηρηθεί η αυξημένη μάζα σώματος. Η διατροφή και η σωματική άσκηση αποτελούν την βάση για την αντιμετώπιση της παχυσαρκίας. Η ποιότητα της διατροφής μπορεί να βελτιωθεί με τη μείωση κατανάλωσης τροφίμων, υψηλών σε ενεργειακή πυκνότητα , όπως αυτά με υψηλή περιεκτικότητα σε λίπη και σάκχαρα και με την αύξηση της

πρόσληψης φυτικών ινών. Δύναται να ληφθούν φάρμακα κατά της παχυσαρκίας για τη μείωση της όρεξης ή για να αναστείλουν την απορρόφηση του λίπους σε συνδυασμό με την κατάλληλη διατροφή. Σε περίπτωση που η δίαιτα, η άσκηση και η φαρμακευτική αγωγή δεν καταστούν αποτελεσματικά, το ενδογαστρικό μπαλόνι μπορεί να βοηθήσει στην απώλεια βάρους ή μπορεί να πραγματοποιηθεί μια χειρουργική επέμβαση, ώστε να μειωθεί ο όγκος του στομαχιού και /η το μήκος το εντέρου, οδηγώντας σε πρόωρο κορεσμό και μειωμένη ικανότητα απορρόφησης θρεπτικών συστατικών από τα τρόφιμα.Η παχυσαρκία αποτελεί μια από τις κυριότερες αποτρέψιμες αιτίες θανάτου παγκοσμίως, με αυξανόμενη συχνότητα στους ενηλίκους και τα παιδιά. Οι αρχές την θεωρούν σαν ένα από τα πιο σοβαρά προβλήματα δημόσιας υγείας του 21ου αιώνα. Στο μεγαλύτερο μέρος του σύγχρονου κόσμου (ειδικά του δυτικού) , η παχυσαρκία αποτελεί στίγμα ,παρά τ’ ότι σε άλλες εποχές της ιστορίας θεωρούταν σύμβολο πλούτου και γονιμότητας, κάτι που εξακολουθεί να ισχύει σε ορισμένα μέρη του κόσμου σήμερα.

Άσκηση, υγεία

Τα οφέλη της άσκησης για την υγεία ενός ανθρώπου, είτε αυτή είναι αερόβια προπόνηση είτε προπόνηση αντιστάσεων, είναι πολλά περισσότερα ίσως από αυτά που φαντάζεσαι.

Αερόβια άσκηση ορίζεται ως η σωματική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια της οποίας αυξάνει η κατανάλωση οξυγόνου ανά λεπτό και η συχνότητα των παλμών της καρδιάς. Τέτοιες ασκήσεις είναι το γρήγορο βάδισμα, το τρέξιμο, η κολύμβηση, η ποδηλασία κλπ.

Οι ασκήσεις που γίνονται με ελεύθερα βάρη, μηχανήματα ενδυνάμωσης, λάστιχα ιμάντες και

ασκήσεις με το βάρος του σώματος περιλαμβάνονται στις ασκήσεις αντιστάσεων.

Τα συν της αερόβιας άσκησης

Επιστημονικές μελέτες έχουν τεκμηριώσει ότι η τακτική αερόβια άσκηση βελτιώνει την λειτουργία του εγκεφάλου που σχετίζεται άμεσα με τη συγκέντρωση σε παιδιά και ενήλικες. Επίσης βελτιώνει τη μνήμη και μειώνει τον κίνδυνο άνοιας καθώς ο εγκέφαλος λειτουργεί αποτελεσματικότερα στη ρύθμιση της διάθεσης και στη διαχείριση του στρες. Με την αερόβια άσκηση παρατηρείται επίσης αύξηση της ευαισθησίας του οργανισμού στην ινσουλίνη με συνέπεια την μείωση πιθανότητας ανάπτυξης διαβήτη αλλά και καλύτερη ρύθμιση σε ήδη διαβητικούς. Προστατεύει την καρδιά καθώς μειώνει την αρτηριακή πίεση όπως και την LDL “κακή” χοληστερίνη η οποία μπορεί να συσσωρευθεί στα τοιχώματα των αρτηριών και να προκαλέσει κίνδυνο εμφάνισης στεφανιαίας νόσου. Βελτιώνει τη λειτουργία του

ανοσοποιητικού καθώς και τη λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος και της πρόσληψης οξυγόνου των ιστών, μειώνει το λίπος και διατηρεί το σωματικό βάρος σε φυσιολογικά επίπεδα.

Τα συν των ασκήσεων με αντιστάσεις

Πέρα από τα γνωστά οφέλη στην αύξηση της δύναμης και της μυϊκής μάζας τα οφέλη για την υγεία είναι πολλά και σημαντικά. Αυτές οι μορφές ασκήσεων αυξάνουν το μεταβολικό ρυθμό και συμβάλλουν στη μείωση του λίπους. Επίσης έχει αποδειχθεί πως συμβάλουν στην ορθοσωμία (σωστή στάση σώματος) και στην πρόληψη αλλά και βελτίωση μυοσκελετικών προβλημάτων όπως κύφωση, λόρδωση κλπ. Η γυμναστική με βάρη είναι ο καλύτερος τρόπος πρόληψης της οστεοπόρωσης αφού αυξάνει την οστική πυκνότητα. Τέλος με την σωστή καθοδήγηση βελτιώνει συνολικά το μυοσκελετικό σύστημα με αποτέλεσμα ο ασκούμενος να εκτελεί με μεγαλύτερη ευκολία και ασφάλεια τις καθημερινές του δραστηριότητες.

1.Γιατί η θερμότητα είναι υποβαθμισμένη μορφή

ενέργειαςΗ θερμότητα είναι μορφή ενέργειας που αφορά μακροσκοπικά αντικείμενα, επί της ουσίας όμως πρόκειται για την κινητική ενέργεια (μεταφοράς και περιστροφής) και την ενέργεια ταλάντωσης των μορίων, ατόμων ή ιόντων ενός σώματος η οποία αποθηκεύεται και μεταφέρεται με φορείς στη μικροκοσμική κλίμακα. Υποβάθμιση της ενέργειας ονομάζουμε την μετατροπή της ενέργειας σε μορφές που δεν μπορούμε να αξιοποιήσουμε. Η ενέργεια πάντα διατηρείται, αλλά μπορεί να μετατραπεί σε διαφορετικές μορφές. Παρόλα αυτά, δεν μπορούμε να τις αξιοποιήσουμε όλες το ίδιο. Η υποβάθμιση της ενέργειας εμφανίζεται όταν μια ποσότητα ενέργειας μετατρέπεται από μια μορφή σε μια άλλη που παράγει λιγότερο έργο. Η θερμότητα είναι η πιο συνηθισμένη μορφή υποβαθμισμένης ενέργειας. Για παράδειγμα, σε μια μηχανή(βενζινοκινητήρες, πετρελαιοκινητήρες) ένα μέρος του ποσού που παράγεται χρησιμοποιείτε για να λειτουργήσει η μηχανή ενώ το υπόλοιπο μετατρέπεται σε θερμότητα και επομένως, έχουμε υποβάθμιση της ενέργειας.

2.θερμική Ρύπανσηθερμική ρύπανση υδάτινου σώματος είναι η αύξηση της θερμοκρασίας του εξαιτίας της αποχέτευσης θερμού νερού , συνήθως νερού που χρησιμοποιήθηκε για ψυκτικούς σκοπούς από ενεργειακούς σταθμούς και άλλα εργοστάσια . Η αποβαλλόμενη θερμότητα στο περιβάλλον δεν έχει την ίδια δράση όπως οι διάφορες χημικές ενώσεις και με την έννοια αυτή δεν είναι ρυπαντής . Αλλά με την γενικότερη έννοια ότι αλλοιώνει το φυσικό περιβάλλον και ιδιαίτερα τα ύδατα εξετάζεται στην ομάδα των αιτίων που ρυπαίνουν τα ύδατα . Βασικά τα πρόβλημα της θερμικής ρύπανσης του περιβάλλοντος προέρχεται από τη χρήση των φυσικών υδάτων ως ψυκτικό μέσου στις βιομηχανικές διεργασίες . Έτσι μεγάλοι όγκοι ύδατος χρησιμοποιούνται από το φυσικό τους περιβάλλον , ψύχουν τις βιομηχανικές μονάδες και θερμά όπως είναι αποβάλλονται προκαλώντας ανυπολόγιστες ζημιές στο φυσικό αποδέκτη . Υπολογίζεται ότι από τα ύδατα που χρησιμοποιεί γενικά η βιομηχανία, το 70% χρησιμοποιείται για την ψύξη. Με την αποβολή θερμού

ύδατος στον φυσικό αποδέκτη που προκαλεί αίτηση της θερμοκρασίας των υδάτων σε ανάλογη έκταση έχουμε τις παρακάτω συνέπειες: α) Μειώνεται η ποσότητα του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό, β) Αυξάνονται οι ταχύτητες των χημικών αντιδράσεων που επιτελούνται εκεί. γ) Δημιουργείται μία όχι φυσική κατάσταση για την υδροχαρή ζωή και δ) Εάν η θερμοκρασία υπερβεί το όριο αντοχής των διαφόρων ζωικών και φυτικών οργανισμών τότε αυτά νεκρώνονται. Σε μερικές περιπτώσεις όμως το ζεστό νερό θεωρείται επιθυμητό . Μέσα σε ορισμένα όρια το ζεστό νερό βοηθά στην αύξηση των ψαριών και έχουν γίνει προτάσεις που αφορούν την πιθανότητα να χρησιμοποιηθεί η θερμότητα σε εκτροφεία ψαριών που προτιμούν το ζεστό νερό . Συχνά η αλιεία ωφελείται στη θερμή περιοχή που δημιουργείται από ένα εργοστάσιο ηλεκτρικής ενέργειας , αλλά πάντα υπάρχει ο κίνδυνος ότι τα ψάρια που συνήθισαν σε υψηλότερη θερμοκρασία θα πεθάνουν όταν η θερμοκρασία κατεβεί πάλι στο κανονικό επίπεδο, σε περιόδους που σταματά η λειτουργία του εργοστασίου . Πολλά από τα βλαβερά αποτελέσματα στην υδρόβια ζωή συνδέονται με τη θερμική ρύπανση εξαιτίας του ρυθμού του μεταβολισμού τους που αυξάνει όταν αυξάνει και η θερμοκρασία . Γενικά ο ρυθμός του μεταβολισμού διπλασιάζεται για κάθε αύξηση 10° C της θερμοκρασίας . Αυτό προκαλεί στον οργανισμό αυξημένες απαιτήσεις για οξυγόνο . Συγχρόνως το διαλυμένο στο νερό οξυγόνο ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Έτσι καθώς οι απαιτήσεις του οργανισμού σε οξυγόνο αυξάνουν , η διαθέσιμη ποσότητα οξυγόνου στο νερό ελαττώνεται. 27 Ένας άλλος παράγοντας που ελαττώνει το διαλυμένο οξυγόνο είναι ο αυξημένος ρυθμός αποσυνδέσεως των αποβλήτων σε υψηλές θερμοκρασίες . Όσο πιο γρήγορη είναι η αποσύνθεση , τόσο περισσότερο οξυγόνο απαιτείται. Αυτό , όπως φαίνεται και στο διάγραμμα 2.5.1 προκαλεί την πτώση της καμπύλης του διαλυμένου οξυγόνου που αυξάνει την πιθανότητα να πέσει η ελάχιστη τιμή του διαλυμένου

οξυγόνου κάτω από αυτήν που απαιτείται για να επιζήσουν τα ψάρια . Έτσι υπάρχει πιθανότητα σε ένα ποτάμι που πριν μπορούσε να δεχθεί ένα φορτίο οργανικής ρυπάνσεως' χωρίς καταστρεπτικά αποτελέσματα , να μην μπορεί να διατηρήσει τα ψάρια λόγω της θερμικής ρύπανσης . Διαλυμένο 02 μ8 / It Μια ακόμη σοβαρή επίπτωση που παρατηρείται με τα ύδατα ψύξεως στη βιομηχανία είναι ότι τα ύδατα αυτά χλωριώνονται για να περιοριστεί η ανάπτυξη των διαφόρων μικροοργανισμών που προκαλούν αποφράξεις σωλήνων . Έτσι όμως τα χλωριωμένα ύδατα όταν αποβάλλονται καταστρέφουν τη ζωή και το φυσικό περιβάλλον . Είναι δύσκολο να καθοριστούν ακριβώς οι τιμές για τις επιτρεπόμενες ποσότητες θερμών νερών σε μια ποσότητα νερού , εξαιτίας της μεγάλης ποικιλίας των οργανισμών που επηρεάζουν και γιατί κάθε οργανισμός απέχει διαφορετικές ποσότητες θερμικής αλλαγής κατά τη διάρκεια διαφορετικών σταδίων στην ανάπτυξή του . Η σχετική νομοθεσία στις Η.Π.Α είναι αρκετά αυστηρή όπου ισχύει σαν ανώτατη θερμοκρασία του νερού 32,2 °C , με ανώτατη επιτρεπόμενη αύξηση πάνω από την κανονική θερμοκρασία 2,8 °C στα ποτάμια και 1,7 °C στις λίμνες. Για την πρόληψη της θερμικής ρύπανσης θα πρέπει τα ύδατα της ψύξεως να έχουν την ίδια θερμοκρασία με το περιβάλλον απ'όπου αντλούνται. Αυτό επιτυγχάνεται με τους πύργους ψύξης όπου έχουμε εναλλαγή της θερμότητας με τον ατμοσφαιρικό αέρα . Για παράδειγμα , προκειμένου να κατασκευαστεί ένα πυρηνικό εργοστάσιο ισχύος 3000 MW στο San Onnefre της Καλιφόρνιας των Η.Π.Α , έγινε λεπτομερής μελέτη διαθέσεως των θερμών αποβλήτων έτσι ώστε να ικανοποιούνται οι σχετικές προδιαγραφές για τα θερμά απόβλητα .

3.Το φαινόμενο του

θερμοκηπίουΤο διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το μεθάνιο (CH4) και τα νιτρώδεις οξείδια (N2O)τα οποία γνωρίζουμε και ως Αέρια του Θερμοκηπίου παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Εδώ και χρόνια, η σταθερή τους συγκέντρωση στην ατμόσφαιρα δημιούργησε ένα κάλυμμα γύρω από τη Γη το οποίο εγκλώβιζε τη ζέστη που ερχόταν από τον ήλιο με αποτέλεσμα να θερμαίνεται η επιφάνεια της Γης. Έτσι, σήμερα η μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης είναι +15°C αντί -18°C που θα ήταν εάν το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου δεν είχε μπει ποτέ σε λειτουργία. Από την Βιομηχανική Επανάσταση και μετά ο άνθρωπος έχει συμβάλλει στην αύξηση της μέσης θερμοκρασίας στην επιφάνεια της Γης, προσθέτοντας περισσότερα αέρια του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα από ότι θα έπρεπε. Για τις καθημερινές μας ανάγκες στο σπίτι, στη δουλειά ακόμα και όταν ταξιδεύουμε καταναλώνουμε ορυκτά καύσιμα όπως το πετρέλαιο, τον άνθρακα και το φυσικό αέριο. Όταν αυτά τα καύσιμα τα καίμε για να παράγουμε ενέργεια, αέρια του θερμοκηπίου απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα σε μεγάλες ποσότητες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, οι φυσικές διαδικασίες της Γης να μην προλαβαίνουν να απορροφήσουν τις περιττές ποσότητες αερίων και έτσι η συγκέντρωσή τους στην ατμόσφαιρα να αυξάνεται και να παγιδεύονται περισσότερες ακτίνες του ήλιου στην επιφάνεια της Γης. Κατά αυτό τον τρόπο η Γη υπερθερμαίνεται και οι κλιματικές της συνθήκες αλλάζουν, δημιουργώντας την εποχή των Κλιματικών Αλλαγών. Έτσι, σήμερα οι επιστήμονες παρατηρούν ότι: - Τα τελευταία 100 χρόνια, η μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης έχει αυξηθεί κατά 0.7°C και η στάθμη της θάλασσας μεταξύ 10 – 25 εκατοστά. - Τα τελευταία 40 χρόνια, η θερμοκρασία της θάλασσας έχει αυξηθεί γύρω στους 0,5°C. - Περίπου 20.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα πάγου έχουν λειώσει στην Αρκτική από το 1965 μέχρι το 1995. - Τα τελευταία 100 χρόνια η θερμοκρασία στην Αρκτική έχει αυξηθεί κατά 1°C. - Από το 1850 οι παγετώνες των Άλπειων έχουν χάσει περίπου 30 - 40% του όγκου της επιφάνειας του πάγου.

4. Κλιματική αλλαγήΜε τον όρο κλιματική αλλαγή αναφερόμαστε στη μεταβολή του παγκοσμίου κλίματος και ειδικότερα σε μεταβολές των μετεωρολογικών συνθηκών που εκτείνονται σε μεγάλη χρονική κλίμακα. Τέτοιου τύπου μεταβολές περιλαμβάνουν στατιστικά σημαντικές διακυμάνσεις ως προς τη μέση κατάσταση του κλίματος ή τη μεταβλητότητά του, που εκτείνονται σε βάθος χρόνου δεκαετιών ή περισσότερων ακόμα ετών. Οι κλιματικές αλλαγές οφείλονται σε φυσικές διαδικασίες, καθώς και σε ανθρώπινες δραστηριότητες με επιπτώσεις στο κλίμα, όπως η τροποποίηση της σύνθεσης της ατμόσφαιρας. Στη Σύμβαση-Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για τις Κλιματικές Μεταβολές (UNFCC), η κλιματική αλλαγή ορίζεται ειδικότερα ως η μεταβολή στο κλίμα που οφείλεται άμεσα ή έμμεσα σε ανθρώπινες δραστηριότητες, διακρίνοντας τον όρο από την κλιματική μεταβλητότητα που έχει φυσικά αίτια.[1] Τα τελευταία χρόνια εξαιτίας της υπερκατανάλωσης προϊόντων του πρωτογενή τομέα, της αλόγιστης υπερκατανάλωσης των φυσικών πόρων και την αύξηση του πληθυσμού της γης υποβαθμίστηκε το φυσικό περιβάλλον με αποτέλεσμα να υπάρχει μια ανισορροπία μεταξύ των χωρών του ανεπτυγμένου και αναπτυσσόμενου κόσμου. Παγκόσμιος σκοπός των κρατών, φορέων και

συλλόγων είναι η συνεργασία μεταξύ τους για την αειφόρο ανάπτυξη σε όλα τα γεωγραφικά επίπεδα και την καταπολέμηση της ανισότητας σε διεθνές επίπεδο

Αν και υπάρχει συμφωνία μεταξύ των επιστημόνων ως προς το ότι στους παράγοντες αποδίδεται ο επηρεασμός των χαρακτηριστικών του ισοζυγίου ενέργειας μέσω της θερμοκρασιακής ισορροπίας, εντούτοις υπάρχουν διάφορες προτάσεις ως προς του πιθανούς παράγοντες. Πάντως αυτοί μπορεί να διακριθούν είτε σε ενδογενείς ή εξωγενείς, αναφορικά με το κλιματικό σύστημα. Εξαιρουμένου του ανθρώπινου παράγοντα και αδιακρίτως με το εάν πρόκειται για ενδογενής ή εξωγενής προέλευσης, οι υπόλοιποι κυριότεροι παράγοντες κατά τον Μαχαίρα, είναι οι μετακινήσεις των ηπείρων στην επιφάνεια της γης, οι ηφαιστειακές εκρήξεις, οι μεταβολές της ηλιακής δραστηριότητας, και οι ανωμαλίες στην γήινη κίνηση

Η δράση για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου αποτελεί ως εκ τούτου προτεραιότητα για την ΕΕ. Συγκεκριμένα, οι ηγέτες της ΕΕ δεσμεύτηκαν να μετατρέψουν την Ευρώπη σε μια οικονομία υψηλής ενεργειακής απόδοσης και χαμηλών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Η ΕΕ έθεσε επίσης ως στόχο να μειώσει έως το 2050 τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά 80-95% σε σύγκριση με τα επίπεδα του 1990. Η πρώτη δέσμη μέτρων της ΕΕ για το κλίμα και την ενέργεια εγκρίθηκε το 2008 και έθετε στόχους για το 2020. Η ΕΕ σημειώνει ικανοποιητική πρόοδο όσον αφορά την επίτευξη αυτών των στόχων, αλλά για να υπάρξει μεγαλύτερη ασφάλεια για τους επενδυτές χρειάζεται ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο που θα καλύπτει το χρονικό διάστημα έως το 2030. Η ΕΕ ενέκρινε λοιπόν το πλαίσιο για το κλίμα και την ενέργεια με ορίζοντα το 2030, το οποίο καθορίζει ορισμένους βασικούς στόχους και μέτρα πολιτικής για την περίοδο 2020-2030. Η ΕΕ και τα 28 κράτη μέλη της έχουν υπογράψει τόσο τη Σύμβαση-Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για την Κλιματική Αλλαγή (UNFCCC) όσο και το Πρωτόκολλο του Κιότο και τη νέα συμφωνία του Παρισιού για την κλιματική αλλαγή.

5. Ακραία καιρικά φαινόμεναΗ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ συμβαίνει τώρα. Η αύξηση της θερμοκρασίας παγκοσμίως είναι αδιαμφισβήτητη και φαίνεται από την αύξηση της παγκόσμιας μέσης θερμοκρασίας του αέρα και των ωκεανών, την εκτεταμένη τήξη του χιονιού και του πάγου, και την άνοδο του παγκόσμιου μέσου επιπέδου της θάλασσας. Έντεκα από τα δώδεκα θερμότερα έτη από το 1850 μέχρι σήμερα υπάγονται στην περίοδο 1995-2006. Δυστυχώς, η υπερθέρμανση του πλανήτη έχει επιταχυνθεί τα τελευταία χρόνια. Ο πλανήτης μας έχει θερμανθεί κατά περίπου 0,75 ° C τα τελευταία 100 χρόνια. . Ο ρυθμός αύξησης κατά τα τελευταία 25 χρόνια, ωστόσο, είναι πολύ υψηλότερος, πάνω από 0,18 ° C ανά δεκαετία. Η αύξηση αυτή της θερμοκρασίας υφίσταται σε όλα τα μήκη και τα πλάτη της γης, με τις χερσαίες εκτάσεις να θερμαίνονται ταχύτερα από τους ωκεανούς. Η στάθμη της θάλασσας αυξάνεται, οι παγετώνες λιώνουν και τυπολογία των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων αλλάζουν. Η στάθμη της θάλασσας έχει αυξηθεί γρηγορότερα την τελευταία δεκαετία από ότι κατά τα προηγούμενα 30 χρόνια. Από το 1900 έως το 2005, τα καιρικά κατακρημνίσματα αυξήθηκαν σημαντικά σε ανατολικές περιοχές της Βορείου και Νοτίου Αμερικής, τη Βόρεια Ευρώπη και τη βόρεια και την κεντρική Ασία. Μειώθηκαν στην περιοχή της Μεσογείου, τη Νότια Αφρική και τμήματα της νότιας Ασίας. Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι περιοχές που πλήττονται από την ξηρασία να έχουν αυξηθεί από το 1970. Τα ακραία καιρικά φαινόμενα έχουν αλλάξει σε συχνότητα αλλά και ένταση. Τα επεισόδια καύσωνα έχουν γίνει συχνότερα στις περισσότερες χερσαίες εκτάσεις και η συχνότητα των έντονων καιρικών κατακρημνισμάτων έχει αυξηθεί στις περισσότερες περιοχές. Επίσης, από το 1975, η στάθμη της θαλάσσης έχει αυξηθεί. Τέλος, υπάρχουν ενδείξεις ότι οι ισχυροί τροπικοί κυκλώνες έχουν αυξηθεί από το 1970. Η συνεχής θέρμανση

του πλανήτη θα μπορούσε να οδηγήσει σε απροσδόκητα και μη αναστρέψιμα αποτελέσματα. Η τήξη των πάγων στους πόλους θα μπορούσε να προκαλέσει άνοδο της θαλάσσιας στάθμης κατά αρκετά μέτρα, με μεγάλες πλημμύρες στις χαμηλού υψομέτρου περιοχές. Η ξηρασία και οι πυρκαγιές στη λεκάνη του Αμαζονίου, η αύξηση της θερμοκρασίας και οι τυφώνες, θα μπορούσαν να απελευθερώσουν μεγάλες ποσότητες των αερίων του θερμοκηπίου, να επιταχύνουν περαιτέρω την κλιματική αλλαγή.5 Η προκαλούμενη από τον άνθρωπο κλιματική αλλαγή θα συνεχίσει τουλάχιστον για τις επόμενες δεκαετίες. Ακόμα κι αν οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου σταματούσαν αυτομάτως, οι θερμοκρασίες αναμένεται να αυξηθούν κατά περίπου 0,6 ° C κατά τον αιώνα, που διανύουμε. Ισχυρή επίδραση στο φαινόμενο αυτό αποτελούν τα μονοπάτια τεχνολογικής ανάπτυξης που ο κόσμος επιλέγει. Σε έναν κόσμο που δίνει υψηλή προτεραιότητα για την αειφόρο χρήση της ενέργειας, οι θερμοκρασίες [5] αναμένεται να αυξηθούν κατά 1,8 ° C (πιθανό εύρος: 1.1 - 2.9 ° C). Αν οι κοινωνίες δώσουν χαμηλότερη έμφαση στην αειφορία, οι θερμοκρασίες αναμένεται να αυξηθούν κατά 4.0 ° C (2.4 έως 6.4 ° C), με μεγαλύτερη πιθανότητα απότομων ή μη αναστρέψιμων επιδράσεων.