Номер 4, страница 101 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

4. В воде морей и океанов, воздухе атмосферы заключена огромная внутренняя энергия. Как можно было бы ее использовать?

4. Огромная внутренняя энергия, заключенная в воде морей и океанов, а также в воздухе атмосферы, представляет собой низкопотенциальное тепло, то есть тепло при относительно низкой и равномерной температуре. Как было объяснено в ответе на предыдущий вопрос, для работы теплового двигателя и преобразования тепловой энергии в работу необходима разность температур — наличие нагревателя и холодильника.

Использовать эту энергию напрямую, просто забирая тепло, например, из океана, и полностью превращая его в работу, невозможно, так как это нарушило бы второе начало термодинамики. Однако эту энергию можно использовать, если найти или создать разность температур.

Основные способы использования этой энергии основаны на применении тепловых машин, использующих естественные температурные градиенты:

1. Преобразование тепловой энергии океана (OTEC - Ocean Thermal Energy Conversion). Этот метод использует разность температур между теплой поверхностной водой в тропических широтах (около $25-29^\circ$C), которая служит нагревателем, и холодной водой на глубине в несколько сотен метров (около $4-5^\circ$C), которая служит холодильником.

• В замкнутом цикле используется жидкость с низкой температурой кипения (например, аммиак). Теплая вода испаряет эту жидкость, пар вращает турбину, вырабатывающую электричество, а затем холодная глубинная вода конденсирует пар обратно в жидкость.

• В открытом цикле сама теплая морская вода испаряется в вакуумной камере, и полученный пар низкого давления вращает турбину. Побочным продуктом является опресненная вода.

2. Использование температурных градиентов в атмосфере. Теоретически можно использовать разницу температур между воздухом у поверхности земли и на больших высотах. Однако практическая реализация таких проектов сопряжена с огромными инженерными трудностями (например, строительство очень высоких сооружений).

3. Тепловые насосы. Это устройства, которые не производят работу, а, наоборот, затрачивая работу (обычно электроэнергию), «перекачивают» тепло из низкотемпературной среды (океан, воздух, грунт) в более высокотемпературную (например, в систему отопления дома). Таким образом, внутренняя энергия окружающей среды используется для отопления, что гораздо эффективнее прямого нагрева электричеством или сжиганием топлива.

Ответ: Внутреннюю энергию морей, океанов и атмосферы можно использовать, создав тепловой двигатель, работающий на естественной разнице температур. Наиболее практически реализуемый метод — преобразование тепловой энергии океана (OTEC), где в качестве нагревателя выступает теплая поверхностная вода, а в качестве холодильника — холодная вода с глубины. Также эту низкопотенциальную энергию можно эффективно использовать для отопления с помощью тепловых насосов.