Husk mig
▼ Indhold

Energi til arbejde

Artiklen er en del af bogen I drivhuset - Fortællinger om naturens energi og samfundets energikrise, skrevet af Klaus Illum og udgivet af 3F i 2006.

< Energi på JordenIndholdsfortegnelseDet sorte guld >


4. ENERGI TIL ARBEJDE

Det græske ord ‘etymos’ betyder det, der er virkeligt, sandt. ‘Etymologi’ er den videnskab, der beskæftiger sig med ordenes oprindelige, sande betydning. Derfor er en god etymologisk ordbog til stor hjælp, når man skal forstå, hvad man taler om.

Slår man op under ‘energi’ i Niels Åge Nielsens Dansk etymologisk Ordbog (Gyldendal, 1966), henvises man til at se under ‘værk’. Dér står der, at ‘værk’ - tysk: ‘werk’; engelsk: ‘work’ - stammer fra det ældgamle indoeuropæiske ord ‘uergon’. Når man siger ‘uerg’, kan man godt høre, at det er det samme ord som ‘værk’ og ‘work’. På græsk blev det til ‘ergon’ og ‘en-ergon’ og ‘energeia’, som betyder evnen til at udføre en aktivitet eller et arbejde. ‘energos’ betyder at være aktiv eller effektiv: energisk.

I daglig tale bruger vi ordet ‘energi’ i den oprindelige betydning ‘energeia’: evnen til at præstere noget, yde et arbejde, i-værk-sætte. Som når vi siger, “Det har jeg ikke energi til”, “Han er meget energisk”, “Man bruger meget energi, når man løber”. Og vi er helt klar over, at energi skal fornyes, efterhånden som den forbruges henad vejen. Men det passer ikke med, at vi i skolen lærer at energien bevares i et såkaldt “lukket system”, dvs. inden for et område, der er helt isoleret fra omverdenen.

Vi er jo godt klar over, at hvis vi blev indespærret i et stort rum, der er helt isoleret fra omverdenen, så ville vores evne til at udføre arbejde snart gå tabt, selvom der i rummet var et forrådskammer med mad og drikke og benzin til en el-generator, der kan producere elektricitet til vores maskiner. Vi ville uddø, om ikke af iltmangel, så fordi forrådene slipper op. Så vi ved, at energi - i den oprindelige betydning, hvori vi til daglig bruger ordet - bliver brugt op. Men vores fysiklærer vil stå udenfor og sige, at energien er bevaret i det lukkede system, hvori vi afgår ved døden. Det er ikke fordi vores fysiklærer vrøvler. Det er fordi han eller hun bruger ordet i en anden betydning end den oprindelige og dagligdags.

Om lidt lægger vi fysikbogen på hylden, så vi uden at skele til dén kan bruge ordet “energi” i dets oprindelige og dagligdags betydning. Senere tager vi den frem igen, for at se lidt nøjere på, hvad “energi” betyder i fysikkens sprogbrug. Men først skal vi minde om, hvad ordet “arbejde” betyder i fysikken. For det er i den betydning, ordet vil blive brugt i det følgende.

4.1 ARBEJDE
I fysikken er “arbejde” en simpel størrelse, som man kan forstå som den præstation, der består i at løfte en tung genstand.

I fysikken er “arbejde” det, der sker, når noget flyttes eller løftes under påvirkning af en kraft. Sådan som når en tung genstand løftes. Når man for eksempel løfter en indkøbskurv fuld af varer op på hylden ved kasseapparatet, påvirker man den, som man kan mærke, med en kraft opad og udfører et fysisk arbejde. Størrelsen af dette arbejde beregnes i fysikken som kraften - lig tyngdekraften på kurven - ganget med den højde kurven løftes: kraft*løftehøjde. Arbejde er således en simpel fysisk størrelse, som man kan forstå som den præstation, der består i at løfte en tung genstand (et lod). Hvis loddet hænger i en fjedervægt, som er fastgjort til en snor, der går gennem en trisse oppe under loftet, er det nemt at måle både loddets vægt og den højde, man løfter det ved at trække i snoren. Og så kan man let beregne størrelsen af det arbejde, man har udført, ved at gange vægten med løftehøjden. Hvis loddet løftes 2 meter er arbejdet dobbelt så stort, som hvis det kun løftes én meter. Og hvis dets vægt fordobles, bliver arbejdet også fordoblet27.

Arbejde kan selvfølgelig også ske på mange andre måder: Ved at trække i årene på en robåd; ved at løfte lodder i et motionscenter; eller ved at gå op ad en trappe. Men i den sammenhæng, vi her beskæftiger os med arbejde, kan vi altid nøjes med at tænke på et lod, der hejses op, se figur 4.1.

FIGUR 4.1 ARBEJDE
Enheder:
Masse:kg, kilogram
Kraft:N, Newton. Der skal en kraft på 9.81 N til at løfte et lod med massen 1 kg.
Arbejde:Nm, Newton*meter. Hvis tyngdekraften på et lod er 1 N, og loddet løftets 1 m, er det udførte arbejde 1 N * 1 m = 1 Nm.
J, Joule. I stedet for Nm bruges normalt enheden J. 1 J = 1 Nm.
Effekt:J/sek, Joule per sekund. Arbejde der præsteres i løbet af 1 sekund.
W, Watt. I stedet for J/sek bruges normalt enheden W. 1 W = 1 J/sek.
kW, kiloWatt = 1000 W
1 kWher det arbejde, der præsteres i løbet af 1 time, når effekten er 1 kW.
1 kWh = 3.6 MJ (1 MJ = 1 mio. J)

En mand hejser et lod med en masse på 10 kg 5 m op. (Eller en spand med 10 liter vand).
Tyngdekraften på loddet er 10 * 9.81 N = 98.1 N.
Det arbejde, han udfører, er 98.1 N * 5 m = 490.5 Nm eller 490.5 J (Joule).
I stedet for manden kan en el-motor med et spil udføre arbejdet.
El-motoren overfører ikke hele den elektriske kraft, den modtager fra el-nettet, til mekanisk kraft til spillet. En lille del går tabt som varme i motoren.
Hvis 10% går tabt, bruges 490.5 J/0.9 = 545 J = 0.000545 MJ = 0.000151 kWh elektrisk kraft til at løfte loddet 5 meter. Det er 0.151 Wh eller lige så meget som en lavenergipære på 15 W bruger på 1/100 time = 36 sekunder.
En benzinmotor med en nyttevirkning på 20% (dvs. at 20% af benzinens energi bliver til mekanisk arbejde) bruger kun 0.055 gram benzin til at løfte loddet.
(Benzins brændværdi er 43.8 MJ/kg = 43 800 J/gram).

Muskelarbejde tæller ikke meget, når det sammenlignes med det arbejde, der præsteres af el-motorer og benzinmotorer.

4.2 ENERGEIA
Energeia er arbejdsydelsesevne i kraft af en uligevægtstilstand. Energeia går ustandseligt tabt og skal ustandseligt fornyes for at opretholde livet og holde samfundet i gang.

For at undgå ord-forvirring bruger vi i det følgende det græske ord ‘energeia’, når vi taler om “energi” i ordets oprindelige betydning: evnen til at udføre en aktivitet eller et arbejde.

Kapiteloverskriften over det foregående kapitel 3: Jordens energi og afsnits-overskrifterne: Udviklingens energi og Industrisamfundets energi skal nu læses som: Jordens energeia, Udviklingens energeia og Industrisamfundets energeia, for det er energeia, det handler om i det kapitel.

Når kaffen bliver kold, kommer den i temperatur-ligevægt med luften i stuen. Et stort træ kan hver dag suge spandevis af vand op gennem stamme og grene til bladene. Det sker i kraft af kemiske uligevægttilstande - spændinger - i dets celler. Om vinteren slapper træet af. Energeia er arbejdsydelsesevne i kraft af en uligevægtstilstand. Det er energeia, vi har brug for, og energeia går ustandseligt tabt og skal ustandseligt fornyes for at opretholde livet og holde samfundet i gang. Som beskrevet i kapitel 3 er det sollyset og Jordens rotation om sin egen akse, der hele tiden genopretter alle de uligevægtstilstande, der udgør klimaet og livet på Jorden. For det er livets fysiske grundlov, at i et lukket system, dvs. i et system, der er fuldstændigt isoleret fra dets omverden, vil alt, der er i uligevægt, efterhånden komme i ligevægt. Systemet vil afgå ved døden.

I verden omkring os har vi energeia i fem velkendte former:
  • som temperaturforskelle, for eksempel mellem dampen i en dampmaskine og atmosfæren, men først og fremmest i atmosfæren. Illustreret i figurerne 3.3, 3.4 og 3.5.
  • som højdeforskelle, som de der udnyttes i vandkraftværker.
  • som de hastighedsforskelle mellem vinden og jordoverfladen, der driver vindmøllerne.
  • som elektriske spændingsforskelle mellem polerne i et batteri og mellem el-nettets ledninger og mellem ledninger og jorden.
  • som trykforskelle. For eksempel udnyttes trykforskellen mellem en kompressors tryktank og atmosfæren til at drive trykluftværktøj. Stempelmotorer drives af den store trykforskel mellem cylinderen og krumtaphuset, som opstår, når brændstoffet antændes.
  • som kemisk uligevægt. Når noget brænder, skyldes det kemisk uligevægt (et kemisk potentiale) mellem to luftarter, for eksempel mellem luftens ilt og et brændstof, som i en luft-benzin-blanding. Først og fremmest består alt liv i kemisk uligevægt i cellerne i alle levende organismer. I brændselsceller udnyttes kemisk uligevægt mellem ilt og brint eller andre stoffer til at frembringe en elektrisk strøm i elektrokemiske processer, der kan minde om det, der foregår i levende celler (se kapitel 8, figur 8.4).
I alle tilfælde er der tale om uligevægt på grund af forskelle mellem forskellige områder eller dele af systemet. Et system, hvor alt er i ligevægt - dvs. hvor intet kan ske i kraft af temperaturforskelle, højdeforskelle, elektriske spændingsforskelle, trykforskelle eller kemiske potentialforskelle - er dødt28. Alt i denne verden drejer sig derfor om at opretholde uligevægtstilstande og erstatte uligevægtstilstande, der henfalder til ligevægt, med nye uligevægtstilstande.

Det er altsammen velkendt. Noget vi kan se og føle. Den varme kaffe i koppen er i uligevægt med luften i stuen og bliver kold, hvis den får lov at stå. I termokanden sker udligningen af temperaturforskellen langsommere. Når vi har stampet i pedalerne op ad bakke, har vi i kraft af højden fået energeia til turen ned på frihjul. Den lille el-motor i køkkenmaskinen, kan i kraft af spændingsforskellen mellem stikkontaktens poler trække mere kraft fra el-nettet, end vi kan præstere med højre hånd. Når cyklen punkterer, udløses trykforskellen mellem slangen og atmosfæren, og når den er lappet, skal vi med cykelpumpen præstere et arbejde for at få den pumpet op igen. Når vi tænder et blus på et gaskomfur, ophæves den kemiske uligevægt mellem gassen og luftens ilt i en hed, lysende flamme.

4.3 ENERGIEN BEVARES. ENERGEIA GÅR TABT
Der er åbenbart, at energeia er noget andet end den energi, der holdes regnskab med i energi-bogholderierne. Energien bevares ligegyldigt, hvad der sker , men energeia går tabt. Selv en cykelrytter på Tour de France må hvile sig og genoplade efter dagens etape.

I fysikbogen står der, at i et lukket, fuldstændigt isoleret rum er energien konstant - forbliver uændret - ligegyldigt hvad der er i rummet, og hvad der sker i rummet (se figur 4.2). Det er 1. hovedsætning i den del af fysikken, der kaldes termodynamikken. Den er tilsyneladende meget simpel, ligesom den sætning, der siger at den samlede masse (målt i kilogram) af det, der er i rummet, er konstant29. For skoleeleven er der bare den forskel, at hun/han har en umiddelbar fornemmelse af, hvad masse er, men ikke nogen umiddelbar fornemmelse af, hvad energi er.

Om massen af noget er stor eller lille, kan man mærke, når man skal flytte det eller løfte det. At sparke til en stor sten er anderledes end at sparke til en lige så stor fodbold. At en sæk cement har en større masse end en lige så stor sæk spagnum, kan man mærke, når man løfter sækkene. Så eleven kan godt forstå, hvad det betyder, at den samlede masse af de forskellige ting i et rum, bliver ved at være den samme, så længe rummet holdes lukket, så der ikke kommer noget ind eller ud.

Den energi, der tales om, er derimod noget mærkeligt, uhåndgribeligt. Det er noget, der kan findes i forskellige former som varmeenergi, bevægelsesenergi, elektrisk energi, m.fl., og som kan overgå fra én form til en anden. Summen af de energier, der findes i de forskellige former, er ifølge 1. hovedsætning konstant. Men hvad de tal, der lægges sammen, i virkeligheden betyder, er det ikke så nemt at begribe.

Alligevel kan man godt lære at aflæse energi-tallene og lægge dem sammen. Det er ligesom med penge. Børn lærer tidligt at lægge tallene på pengesedler, mønter og bankkonti sammen og at forstå, at summen er et tal, der er helt afgørende for de muligheder, de har for at få del i goderne. Efterhånden bliver de klar over, at de tal, der bliver skrevet på ens bankkonto, afhænger af, hvor heldig eller snedig man er i vores samfunds matadorspil. På samme måde kan de i fysiktimen lære at lave energiregnskaber uden at spekulere over, hvad de tal, de lægger sammen, egentlig betyder. Ligesom i pengebogholderiet skal tallene balancere.

Der er åbenbart, at energeia er noget andet end den energi, der holdes regnskab med i energi-bogholderierne. Energien bevares ligegyldigt, hvad der sker, men energeia går tabt (se figur 4.2). Selv en cykelrytter på Tour de France må hvile sig og genoplade efter dagens etape. Og når benzintanken er tom, er den energeia, der var i den kemiske uligevægt mellem benzinen og luftens ilt pist og uigenkaldeligt væk. At energien bevares er uinteressant for ethvert menneskeligt formål. At energeia går tabt og hele tiden må fornyes er derimod det grundlæggende princip i livet her på Jorden. Vores store problem er, at vi ikke kan forny den energeia, der var til rådighed i de fossile brændsler, vi har forbrugt.

4.4 JOULE’S FORSØG - ENERGIENS BEVARELSE
Joule skriver et sted: “Idet jeg tror, at kun Skaberen magter at udrydde noget, fastholder jeg, at enhver teori ifølge hvilken, kraft (vis-viva) forsvinder, nødvendigvis er forkert”.

I begyndelsen af dette kapitel så vi, at det oprindelige ord, som i vore dage er blevet til ordet “energi”, har rødder langt tilbage i sprogenes historie. Hvordan er det gået til, at det nu bliver brugt i en anden betydning?

For at besvare dette spørgsmål, skal vi tilbage til den første halvdel af 1800-tallet. Dengang havde man endnu ikke fundet svaret på spørgsmålet om, hvad varme er for noget, selvom fysikere og kemikere i 200 år havde beskæftiget sig med dette spørgsmål. Den fremherskende teori var, at varme er et stof, kaldet kalorie. Ifølge denne teori, optager materialer og væsker kalorie-stoffet, når de bliver varmet op, og afgiver det, når de afkøles. Nogle af de eksperimenter, der afkræftede denne teori, blev udført i 1840erne af den engelske fysiker James Prescott Joule (1818-1889), ham der har lagt navn til den enhed, energi nu måles i.

Figur 4.3 viser i princippet ét af Joule’s eksperimenter. Her optræder lod og snoretræk igen, ligesom i afsnit 4.1 ovenfor. Når lodderne bevæger sig nedad, bremses de af propellerne, der pisker rundt i vandet i vandbeholderen (et kalorimeter). Joule kunne nu til egen og andres forundring måle, at vandet blev varmet op, selvom der åbenbart ikke var blevet tilført det noget kalorie-stof, sådan som man forestillede sig, at det skete, når opvarmningen skete med ild.

På den tid kaldte man bevægende kræfter, som de der blev frembragt ved hånd- og hestekraft, i dampmaskiner, vandmøller og vindmøller, for vis-viva: vis betyder kraft og viva levende (latin), altså levende kraft. Vis-viva30 har værdi i produktionsmaskinerierne og i dagligdagen. Lodderne i Joule’s eksperiment har vis-viva, når de er hejset op, men ikke, når de er sænket ned på jorden.

Joule så nu i sine eksperimenter en bekræftelse af sin tro på, at mennesker ikke kan få noget til at forsvinde i denne verden. Han skriver et sted: “Idet jeg tror, at kun Skaberen magter at udrydde noget, fastholder jeg, at enhver teori, ifølge hvilken kraft (vis-viva) forsvinder, nødvendigvis er forkert”. I pagt med sin tro drager han den slutning, at loddernes visviva (arbejdsevne) ikke er blevet til ingenting, men er blevet omsat til varme.
Det, der er bevaret, er åbenbart ikke vis-viva, for der er ikke meget vis-viva at hente i det kun lidt opvarmede vand. Det er noget uhåndgribeligt, der først findes i de løftede lodder og derpå i det lidt opvarmede vand. Dette uhåndgribelige kaldte Joule energi, og indførte dermed dette gamle ord i fysikken - i en helt anden betydning end den oprindelige.

Joule blev således ud fra en religiøs betragtning ophavsmand til det banebrydende fysiske princip, at “noget”, der er måleligt i forskellige former, bevares i et lukket system. Det er termodynamikkens 1. hovedsætning, han havde opdaget. Hvis dette “noget” ikke var blevet kaldt “energi”, havde vi stadig haft dette ord til rådighed i dets oprindelige betydning, og så var mange misforståelser blevet undgået.

Det er, som om Joule i sit laboratorium havde lukket sig ude fra virkeligheden i den praktiske verden. Som om han ikke tænkte på, at der i hans eksperiment skete nøjagtigt det samme, som når en bondekone trækker en spand vand op af en brønd, bliver stukket af en bi og slipper håndtaget, så spanden falder ned igen. For han troede næppe, at det ville trøste konen, at han havde opdaget, at hendes arbejde med at trække spanden op ikke var spildt, men faktisk havde bevirket, at vandet i brønden var blevet en lille smule varmere.


FIGUR 4.2 ENERGEIA GÅR TABT - ENERGIEN BEVARES
Her har vi et stort rum, meget større end det kan vises i denne tegning. Rummet er helt lukket, og fuldstændigt varmeisoleret. Temperaturen i rummet er 20 grader.

I rummet er der energeia i forskellige former:
  • Kemisk i form af olie og ilt
  • Elektro-kemisk i form af en opladet bilakkumulator
  • Trykforskel mellem luften i en trykluftflaske og luften i rummet
  • Temperatur- og trykforskel mellem højtryksdamp og koldt vand
  • Højdeforskel mellem en vandbeholder oppe under loftet og gulvet
Energeia i alle disse former er noget, vi kan få noget nyttigt ud af.

Hvis vi nu bare:
  • brænder olien af
  • kortslutter akkumulatoren gennem el-spiralledning
  • åbner ventilen på trykluftflasken
  • lader dampen boble op gennem det kolde vand, og lader vandet køle af
  • lukker vandet ud af vandbeholderen
så er det hele gået tabt, uden at der er kommet noget nyttigt eller fornøjeligt ud af det. Der er ikke mere energeia tilbage. Alt, hvad der er i rummet "er afgået ved døden". Alt er i ligevægt.

Men energien i det store rum er bevaret. For - som vi har lært i skolen - energien er konstant i et lukket system. Temperaturen er bare steget med 1/10 grad.

I ethvert levende eller teknisk system forbruges energeia hele tiden. Det gælder om at få så meget nyttigt eller fornøjeligt som muligt ud af det, dvs. at undgå unødige tab. Jo bedre det lykkes, jo mere effektivt udnytter vi de energeia-ressourcer, vi har.


FIGUR 4.3 JOULES FORSØG
Denne gamle tegning viser i princippet den forsøgsopstilling, den engelske fysiker James Joule i 1840erne brugte til de målinger, der førte til hans opdagelse af "energiens bevarelse".
Med lodderne og målestokkene kunne han måle det arbejde (se figur 4.1), der gennem snoretrækket blev overført til piskeriset i vandbeholderen (et kalorimeter, se figur 2.1).
Han opdagede så, at vandet blev varmet op - temperaturen steg - når der blev rørt rundt i det. Det var på den tid en overraskende opdagelse. Han opdagede også - det var ikke så overraskende - at temperaturstigningen i vandet blev større, når han forøgede det arbejde, der blev overført gennem snoretrækket. Hvis han f.eks. fordoblede arbejdet ved at fordoble loddernes vægt eller lade dem glide dobbelt så langt ned, så blev temperaturstigningen præcist dobbelt så stor.
Måling af arbejde havde længe været velkendt i den mekaniske fysik, men hvad varme egentlig var for noget, var på den tid endnu uklart. Man vidste ikke rigtigt, hvad det egentlig var for noget, man kunne måle med et termometer. Men hvad end varme er for noget, viste Joule's forsøg, at arbejde kan omsættes til varme.
Når loddernes arbejdsevne er "forbrugt" - ved at lodderne har bevæget sig helt ned på gulvet - er der i stedet kommet mere varme i vandbeholderen. Ligesom man kan veksle Euro til kroner, kan man på den måde veksle arbejde til varme. Bogholderiet balancerer. Der er ikke gået noget tabt.
Dette "noget", som ikke går tabt, kaldte Joule (desværre) energi. Han havde opdaget et fundamentalt bevarelsesprincip i den verden, vi lever i. Men ved at kalde det princippet om energiens bevarelse, fratog han ordet "energi" dets oprindelige betydning: energeia.

Når man definerer "energi" på den Joule'ske måde, kan man opstille energibogholderier, ligesom man opstiller pengebogholderier. Det kan alle være med til. I energipolitik tæller man derfor energi på den Joule'ske (kalorimetriske) måde.

4.5 GRÆNSER FOR DET OPNÅELIGE
Der er en øvre grænse for, hvor højt noget menneske evner at springe.
Det er lige så umuligt at måle arbejdsydelsesevne (energeia), som det er at måle vand med et målebæger med hul i. Men man kan beregne evnen som den øvre grænse for det opnåelige.


I det foregående afsnit 4.2 indførte vi det gamle græske ord energeia for arbejdsydelsesevne, og illustrerede dets almindelige praktiske betydning med en række eksempler, der viser, at energeia er arbejdsydelsesevne i kraft af uligevægttilstande. Vi har ikke forklaret, hvordan arbejdsydelsesevne kan beregnes, for det er ikke så nødvendigt for at forstå, hvad der er tale om. I de ingeniørvidenskaber, der beskæftiger sig med konstruktion af maskiner, som omsætter energeia i én form til energeia i en anden form, er det imidlertid vigtigt at kunne beregne den energeia - arbejdsydelsesevne - en maskine får tilført på den ene side (input), og hvor meget der kommer ud på den anden side (output). For forskellen mellem input og output er et tab, der angiver maskinens effektivitet. Jo mindre tabet er, des mere effektiv er maskinen naturligvis.

Som vi skal se i dette og det næste afsnit, er det også vigtigt, at ikke-professionelle forstår, hvad det drejer sig om. I alle energipolitiske programerklæringer er energieffektivitet jo et nøgleord. Så for at undgå misforståelser må vi forstå, hvad “effektivitet” i denne sammenhæng betyder i praksis. Derfor må vi have en idé om, hvordan man kan sætte tal på det, det drejer sig om, nemlig energeia. Ellers bliver vi stående ved de mindre relevante kalorimetriske energibalance-regnskaber.

Man er nødt til at beregne energeia, for man kan ikke måle energeia. Det er ikke som med vægt og rumfang, der kan måles med en vægt og et målebæger, eller som med energi, der kan måles med et kalorimeter (se figur 2.1). Det skyldes, at der i alt hvad der sker i denne verden sker tab af energeia. Det gælder også i et hvilket som helst apparat eller en hvilken som helst maskine, man kunne finde på at lave til at måle energeia med.
Da det er umuligt at lave et tabsfrit energeia-måleapparat, er det lige så umuligt at måle energeia i MJ, som det er at måle vand i deciliter med et målebæger med hul i. Men man kan tænke sig, at man kunne lukke hullet - at man kunne lave et tabsfrit apparat. Og så kan man faktisk beregne det måleresultat, man vil få med et sådant tænkt apparat.

Mærkeligt? Ja, det tør man nok sige. Det ér mærkeligt, at mennesker kan tænke sig til noget, der ikke eksisterer, og så ved at regne på det ikke-eksisterende finde talstørrelser, der har praktisk betydning i den virkelige verden. Dén genistreg er den franske ingeniør Sadi Carnot (1786-1832, se afsnit 3.4 ovenfor) ophavsmand til. I videnskaben udspringer en genistreg som regel af det rigtige spørgsmål. Så det gælder om at stille det rigtige spørgsmål.

På Carnot’s tid konkurrerede ingeniører på livet løs om at konstruere mere og mere effektive dampmaskiner, det vil sige maskiner, der kunne præstere mere og mere arbejde for hver ton kul, man fyrede ind i dem. Det gjaldt jo om at brugte så lidt kul som muligt til at trække en togstamme fra A til B. Ligesom computere i vore dage bliver hurtigere og hurtigere år for år, blev dampmaskinerne dengang mere og mere effektive. Carnot’s geniale spørgsmål var: Er der en øvre grænse for, hvor meget arbejde man med en varmemaskine31 kan få ud af en ton kul32? En grænse som selv den dygtigste ingeniør ikke med nogen form for varmemaskine vil kunne overskride.

Hans svar er i dets enkelhed ligeså genialt som hans spørgsmål. Han konstaterede, at enhver varmemaskine yder et arbejde i kraft af en temperaturforskel. Alle steder, hvor der er en temperaturforskel, kan der præsteres et arbejde i kraft af temperaturforskellen. Hvis temperaturforskellen ikke udnyttes til at præstere et arbejde, er man gået glip af et arbejde, man kunne have fået. Der sker et tab. Derfor gælder det om at holde temperaturforskellene så små som muligt alle de steder i maskinen, hvor varme overføres fra et område eller kredsløb til et andet. I en varmemaskine som den viste dampmaskine i figur 3.5 skal, for eksempel, temperaturforskellen mellem flammen i fyret, hvor kullene forbrændes, og dampkedlen være så lille som muligt. Og temperaturforskellen mellem dampen, der kondenseres i kondensatoren, og kølevandet, skal være så lille som muligt.

Ud fra disse betragtninger drager Carnot den slutning, at den øvre grænse for det arbejde, man med nogen tænkelig varmemaskine kan få ud af en ton kul, er det arbejde, der præsteres af en tabsfri maskine, og at temperaturforskellene mellem alle områder og kredsløb må være uendeligt små i en tabsfri maskine. En sådan maskine kan ikke laves i virkeligheden. Den er en tankekonstruktion.

Der er øvre grænser for hvor højt, vi kan nå, og hvor meget vi kan høste i denne verden. Lige bortset fra spekulationsgevinster på finansmarkederne. En højdespringer kan træne sig op til at klare nogle centimeter mere end sidste år, men ingen kan træne sig op til at springe over rundetårn. Der er en øvre grænse - en absolut største højde - på et sted under 4 meter for, hvor højt noget menneske evner at springe. Der er også øvre grænser for hvor meget hvede, der kan høstes på én hektar jord, ligegyldigt hvor meget der gødes og vandes. Vi kan bare ikke regne præcist ud, hvor højt det vil kunne lykkes et menneske at springe, eller hvor meget hvede, der vil kunne høstes på en mark.

For varmemaskiner gælder det derimod, som Carnot viste, at man kan beregne den øvre grænse for, hvor meget arbejde, der med nogen tænkelig maskine ville kunne præsteres i kraft af en bestemt temperaturforskel mellem to områder - for eksempel mellem kedlen og kondensatoren i en dampmaskine som den, der er vist i figur 3.5. Eller rettere, hvor meget arbejde, der ville kunne præsteres for hver MJ varme, der afgives fra det område, der har den højeste temperatur.

Senere lærte man, hvordan man udfra målelige størrelser kan beregne den øvre grænse for det arbejde, der med nogen tænkelig maskine - ikke nødvendigvis en varmemaskine - vil kunne opnås i kraft af en bestemt uligevægtstilstand, der skyldes en temperaturforskel, en trykforskel eller kemisk uligevægt (f.eks. mellem et brændstof og luftens ilt, se afsnit 4.2 ovenfor). Når der er tale om højdeforskelle, hastighedsforskelle, eller elektriske spændingsforskelle, er den øvre grænse for det arbejde, der ville kunne præsteres, lettere at beregne.

4.6 ET NYT ORD: EXERGI
Exergi er et mål for noget begribeligt, nemlig energeia, som det i nogle tilfælde er lidt svært at beregne. Energi er en ubegribelig størrelse, som det er let at måle med et kalorimeter.
Exergi er det i praksis relevante mål for den nytteværdi, der kan tilskrives en bestemt uligevægtstilstand i form af en temperaturforskel, en højdeforskel, en trykforskel, en elektrisk spændingsforskel eller kemisk uligevægt mellem to stoffer.


I den almindelige energidebat går det ikke an at bruge det gode gamle græske ord energeia. Man ville risikere at energiministeren tog det som et skældsord, hvis man kaldte hende eller ham for energeiaminister. Men man kan ofte få lydhørhed, hvis man taler om exergi, for det er i de senere år blevet et fint ord i debatten. Hvis man endda forstår, hvad det betyder, kan man bidrage til at nedbryde den tankemæssige lydmur, der i de senere år er blevet opbygget i form af de kalorimetriske energibalanceregnskaber (se kapitel 2).

Ordet exergi skyldes den slovenske ingeniør og fysiker Zoran Rant (1904-1972). Han indførte det i 1956 som et nyt ord, der betegner den absolut øvre grænse for, hvor meget arbejde, der vil kunne opnås fra et system, der befinder sig i en bestemt uligevægtstilstand. Det vil sige, at ingen maskinkonstruktør, hvor genial og dygtig hun eller han end måtte være, på nogen måde kan konstruere en maskine eller et anlæg, der præsterer et større arbejde. Som betegnelse for denne øvre grænse indførte han et nyt ord: exergi.

Betydningen af dette ord er siden blevet omgivet med megen mystik og ærefrygt, som om det er noget, som kun de indviede kan forstå. Det er underligt, for som vi har set, er det lettere at begribe, hvad energeia betyder, end hvad energi egentlig er for noget. Og exergi er blot den talværdi, der angiver, hvor meget energeia, der er til rådighed i en bestemt uligevægtstilstand, der skyldes en temperaturforskel, en højdeforskel, en elektrisk spændingsforskel, en trykforskel eller en kemisk uligevægt mellem to stoffer. Forstået som den absolut øvre grænse for det arbejde, der i kraft af uligevægtstilstanden kan præsteres med nogen tænkelig maskine.

For eksempel: Den exergi, der i Jordens atmosfære findes i en liter benzin33, er den absolut øvre grænse for det arbejde, der med nogen tænkelig maskine ville kunne præsteres ved hjælp af en liter benzin. Dvs. ligegyldigt hvor snedigt man konstruerer maskinen (motoren) vil man aldrig kunne få mere arbejde ud af benzinen end det, dens exergi-værdi angiver. Det er værd at vide for motorkonstruktører, for så kan de se, hvor langt de med en forbedret motorkonstruktion er nået op ad skalaen mod det absolutte (men i praksis uopnåelige) maksimum.

En almindelig bilmotor omsætter kun omkring 20% af den forbrugte benzins exergi til mekanisk arbejde gennem gearkassen til hjulene, dvs. at dens effektivitet kun er ca. 20%. En stor langsomtgående dieselmotor kan have effektivitet på omkring 50%. Men i enhver maskine vil der ske tab af arbejdsydelsesevne, så effektiviteten kommer aldrig op på 100%.

Grunden til at exergi ikke optræder i folkeskolens fysikbøger er nok, at de målinger og beregninger, der skal til for at bestemme en exergi-værdi, som ovenfor nævnt er mere komplicerede end den simple kalorimetriske måling, der skal til for at bestemme en energi-værdi (se kapitel 2, figur 2.1). Vi kan ikke her forklare, hvordan en exergi-værdi beregnes, for så skulle vi først præcist definere betydningen af to målelige størrelser, der ud over energi-værdien indgår i beregningen, nemlig absolut temperatur og entropi. Og så ville dette kapitel blive alt for langt34.
Exergi er et mål for noget begribeligt, nemlig energeia, som det i nogle tilfælde er lidt svært at beregne. Energi er en ubegribelig størrelse, som det er let at måle med et kalorimeter.

Heldigvis afviger exergi-værdien af et kilo olie eller kul eller en kubikmeter naturgas kun nogle få procent fra den brændværdi (energi-værdien), der kan måles med et kalorimeter35. Så til brug for almindelige overslagsberegninger, kan man finde den omtrentlige exergi-værdi i en brændværditabel. For elektrisk kraftoverførsel er exergi-værdien nøjagtigt lig det producerede eller forbrugte antal kilowatt-timer. En ideel el-motor, hvor der ikke sker nogen opvarmning af motorens kredsløb, kan jo ved at løfte et lod præstere et arbejde, der netop er lig motorens el-forbrug (se figur 4.1).
Exergi i kraft af temperaturforskelle beregnes udfra temperaturerne og temperaturforskellene. Vi skal ikke her udlede beregningsformlen, men kun give et par eksempler på beregningsresultater:

En tidlig forårsdag kan det blive lunt, selvom isen i fjorden endnu ikke er helt væk. Luften kan f.eks. være 10 grader, medens vandet er 0 grader. Lad os nu tænke os, at vi har en kubikmeter vand i en vandbeholder. Hvis vandet er 10 grader varmt, er det i temperaturligevægt med atmosfæren. Da der ikke er nogen temperaturforskel, er vandets exergi i forhold til atmosfæren lig nul. Men i forhold til vandet i fjorden er der en lille temperaturforskel på 10 grader og derfor en lille exergi-værdi. Med en meget langsomtgående dampmaskine, hvor der i stedet for vand bruges en væske af samme art som i et køleskab, kan temperaturforskellen udnyttes til at præstere et arbejde.
Hvis vandet nu varmes op til 50 grader, får det i kraft af temperaturforskellen på 40 grader en exergi-værdi i forhold til atmosfæren og en lidt større exergi-værdi i forhold til fjorden. Men forøgelsen af exergi-værdierne er meget mindre end forøgelsen af vandets energi. Vandets energi er blevet forøget med 40 grader *1 kilokalorie/kg*1000 kg = 40 000 kilokalorier = 46.5 kWh (167 MegaJoule)36, men dets exergi er kun blevet forøget fra 0 til 3 kWh (11 MegaJoule) i forhold til atmosfæren og fra 0.8 til 3.8 kWh (2.9 til 13.7 MegaJoule) i forhold til fjorden. (Exergi-værdien i forhold til fjorden er lidt større end i forhold til luften, fordi temperaturforskellen er lidt større.)

Man kan godt fornemme, at den øvre grænse for det arbejde, man kan få ud af en kubikmeter varmt vand ved 50 grader er lille - meget mindre end de 46.5 kWh elektrisk arbejdsydelsesevne, der forbruges, hvis vandet opvarmes med en elektrisk dyppekoger. Så den exergi, der forbruges i form af el-forbrug i dyppekogeren, er meget større, end den exergi, der opnås ved opvarmning af vandet. Mindre end 10% af el-forbruget (= elektrisk exergi) er “blevet overført” til vandet. Mere end 90% er gået tabt.
Hvis vi i stedet har 118 liter vand i en trykbeholder, og bruger den elektriske dyppekoger til at opvarme vandet til 350 grader, bruger vi også 46.5 kWh elektrisk energi (= elektrisk exergi). Men vandets exergiværdi i forhold til atmosfæren er nu 16 kWh, så en stor del, nemlig 34%, af den elektriske exergi er “blevet overført” til vandet. Det er ikke overraskende, for man kan umiddelbart fornemme, at en mindre vandmængde med en høj temperatur og under et stort tryk (her 150 atmosfære damptryk i trykbeholderen) kan yde et betydeligt arbejde, medens der ikke er meget at hente i en større mængde vand, med en temperatur, der kun ligger lidt over atmosfærens.

Som beskrevet i afsnit 4.2 går alle livsprocesser og alle tekniske energiprocesser ud på at frembringe eller opretholde uligevægtstilstande af forskellig art. Til enhver uligevægtstilstand hører en exergi-værdi, som er den absolut øvre grænse for det arbejde, der kan præsteres ved at nedbryde uligevægtstilstanden. Omvendt angiver exergi-værdien den absolut nedre grænse for den arbejdsydelse, der skal til for at opbygge uligevægtstilstanden. Exergi er derfor det i praksis relevante mål for den nytteværdi for menneskelige formål og behov, der kan tilskrives en bestemt uligevægtstilstand i form af en temperaturforskel, en højdeforskel, en trykforskel, en elektrisk spændingsforskel eller kemisk uligevægt mellem to stoffer.

4.7 EFFEKTIVITET OG TAB
Når politikerne fremhæver “energieffektivitet” som noget vigtigt, mener de, at vi skal kravle højere op på “effektivitetsstigen”. Derfor må vi vide hvilket trin, vi står på, og hvor mulighederne for at forbedre vores position er at finde.

I alle energipolitiske programerklæringer her i landet og fra EU-kommissionen tales om energieffektivitet, som det meget vigtige. Det, man mener, er, at man ikke skal spilde mere energi end nødvendigt.

I den situation, vi nu er kommet i, hvor olie- og gasforbruget bliver nedtrappet og CO2-udslippet skal formindskes kraftigt i de kommende år, er det vigtigt at vide, hvor de største tab - det største spild - sker. Ellers kan det blive unødigt dyrt at formindske brændselsforbruget og CO2-udslippet, fordi der investeres i de forkerte ting.
At man udnytter ressourcerne effektivt betyder, at man opnår det, man ønsker, med så lille et forbrug som muligt. For cykelrytteren og racerkøreren gælder det om at få mest mulig fremdrift ud af den energeia, han starter op med. Det kan der tjenes store penge på. Vi andre, der kigger med på tv-skærmene, bekymrer os ikke ret meget om at få så meget som muligt ud af de energeia-ressourcer, vi betaler for til elog varmeforsyningsselskaberne, til olie- og gasselskaberne og på tankstationerne. For de fleste i vores nuværende samfund udgør disse udgifter en så beskeden del af budgettet, at det nemme og flotte vejer meget tungere end det mere effektive, der kræver lidt mere omtanke ved køb og brug. Selvom det mere effektive betaler sig, endda med dagens lave el- og brændselspriser.
Det er åbenbart, at “energieffektiviteten” på landevejene er lille. Den kan fordobles ved at lave biler, der kan køre længere på en liter benzin eller diesel. Når der er tale om produktion og forbrug af el og varme, hersker der derimod uklarhed over, hvor tabene sker. For at få klarhed over det, må vi gøre os klart, hvad vi i denne sammenhæng mener med “tab” og “effektivitet”.

I de forskellige maskiner og anlæg, der bruges til at udnytte energeia til nyttige eller fornøjelige formål, er der et tab af energeia, når vi ikke får så meget som muligt ud af den mængde, der forbruges. For at sætte tal på det tab, der sker i en bestemt proces, maskine eller anlæg, må vi kunne måle eller beregne, både hvor meget energeia, der forbruges, og hvor meget, der produceres. Med andre ord, hvor meget, der kommer ind i maskineriet, og hvor meget, der kommer ud. Forskellen mellem de to tal er tabet. Forholdet mellem dem er effektiviteten:

Hvis vi kalder værdien af den energeia, der tilføres maskineriet eller processen, for “input”, og værdien af det, der kommer ud, for “output”, er
Tabet = Input – Output
og Effektiviteten = Output/Input
Input er altid større end output, så tabet er altid større end nul, og effektiviteten er altid mindre end 1.
Output er det, der er brug for. Input er det, der forbruges for at få dette output. Så jo mindre vi forbruger for at få det, vi ønsker, jo mindre er tabet, og jo større er effektiviteten. Det passer godt med den måde, vi bruger ordene på i dagligdagen.

Man kan forestille sig en “effektivitetsstige”. På det nederste trin, helt nede ved jorden, står der nul. På det øverste står der 1 eller 100%. Der er ikke lige stor afstand mellem trinene. Man skal kun løfte benet en lille smule for at komme op på 10%-trinet. Det kræver ikke store anstrengelser at nå op på 20%. Der er længere afstand mellem de næste trin op til 30 og 40% . Derefter skal man virkeligt strække sig ud for at komme op på 50 eller endda 60%. De højeste trin op til 100% kan selv de længste arme ikke nå.

Når politikerne fremhæver energieffektivitet som noget vigtigt, mener de, at vi skal kravle højere op på “effektivitetsstigen”. Derfor må vi vide hvilket trin, vi står på, og hvor mulighederne for at forbedre vores position er at finde. Vi må have sat tal på effektiviterne.
De tal, der sættes ind i tabs- og effektivitetsligningerne, er exergi-værdierne af input og output. Som forklaret i det foregående afsnit er exergi-værdien et tal, der angiver det absolut største arbejde, man med nogen tænkelig maskine kan få ud af en bestemt ressource. For eksempel er exergi-værdien af en liter fyringsolie det absolut største arbejde (se figur 4.1) - dvs. den øvre grænse for det arbejde - man med nogen tænkelig maskine ville kunne få ud af olien. Som nævnt i afsnit 4.5 kan man regne ud, at dette tal er omtrent lig den brændværdi af olien, man kan måle med et kalorimeter (se figur 2.1), nemlig ca. 36 MJ.

Olie bruges endnu mange steder til at opvarme vand i centralvarmeanlæg i huse. Hvis fremløbstemperaturen til radiatorerne skal være 60 grader og returtemperaturen til oliefyret er 30 grader, skal der bruges 4.2 MJ/grad * 30 grader = 126 MJ til at opvarme 1 kubikmeter vand (se figur 2.1). Dvs. at for hver kubikmeter vand, der cirkulerer gennem anlægget, skal oliefyret bruge 126 MJ/36 MJ per liter olie = 3.5 liter olie. Dertil kommer et skorstenstab på ca. 15% i et godt justeret oliefyr. Det giver i alt 4.1 liter olie, så exergi-værdien af input er ca. 4.1 * 36 MJ = 148 MJ.

Exergi-værdien af output er den øvre grænse for det arbejde man med nogen tænkelig maskine (dampmaskine) ville kunne få ud af en temperaturforskel fra 30 til 60 grader i et vandkredsløb37, eller omvendt den nedre grænse for det arbejde, der skal præsteres for at oparbejde denne temperaturforskel i vandkredsløbet (ved en udetemperatur på 0 grader). Med en varmepumpe kan man ved at præstere et arbejde oparbejde eller opretholde en temperaturforskel, se figur 7.2. Ved en udetemperatur på 0 grader kan det beregnes, at den nedre grænse for det arbejde, der skal præsteres for at opvarme 1 kubikmeter vand fra 30 til 60 grader er 4.2 MJ/grad*30grader*0.14 = 126 MJ*0.14 = 18 MJ, så exergi-værdien af output er 18 MJ.
Oliefyret klarer således opvarmningen fra 30 til 60 grader med en effektivitet på 18 MJ/148MJ = 0.12 = 12% ved en udetemperatur på 0 grader.
Opvarmningsopgaven, bliver “nemmere”, hvis temperaturerne er lavere. Hvis huset i stedet for radiatorer har gulvvarme, behøver fremløbstemperaturen til gulvslangerne kun at være 30 grader og returtemperaturen bliver 20 grader. I dette tilfælde bliver oliefyrets effektivitet endnu mindre, nemlig kun ca. 7%.

Som sagt kan effektiviteten ikke på nogen måde komme op på 100%. Men når effektiviteten af en opvarmningsteknik er så lav som oliefyrets, er der åbenbart tekniske muligheder for at finde en mere effektiv teknik. Flammen i oliefyret er alt for kraftig - har alt for høj temperatur - til brug til lav-temperatur opvarmning. Det kan sammenlignes med at bruge en gummiged til at flytte en papkasse med fjer. Et eksempel på en mere effektiv teknik er vist i kapitel 7, figur 7.3, der viser, hvordan opvarmningsopgaven med temperaturer på 40 grader frem og 30 grader retur (gode store radiatorer i et godt isoleret hus) kan klares med en effektivitet på 25%38.

Hvis man i det system, der er vist i figur 7.3, bruger en højtemperatur- brændselscelle (se afsnit 8.4) i stedet for en gasmotor, kan man opnå en effektivitet på ca. 33%.
Så længe en del af landets el-produktion sker i kul- eller naturgasfyrede kraftværker, sådan at el-forbruget i el-opvarmede huse medfører en forøget el-produktion i kraftværkerne, klarer el-radiatorer rumopvarmningsopgaven med en effektivitet på omkring 6%.
Effektiviteten af elværkernes moderne kul-, gas- eller oliefyrede kraftmaskiner er betydeligt større end effektiviten af anlæg, der kun skal klare vandopvarmning ved lave temperaturer. Det er fordi det i disse kraftmaskiner er lettere og i hvert fald billigere at udnytte den energeia, der skal til for at producere elektrisk kraft.

Det er ligesom med den store gummiged: Den er rimeligt effektiv, når opgaven er at flytte betonklodser på 1 kubikmeter, for det kræver kraft (ligesom el-produktion kræver kraft). Men hvis maskinen skal være rimeligt effektiv til at løfte papkasser på 1 kubikmeter fyldt med fjer (svarende til lav-temperatur varme), skal skovlen tages af og hydrauliktrykket bringes meget lavt ned, og maskineriet skal køre på et meget lavt omdrejningstal. Alligevel er og bliver maskineriet for tungt grej til at klare opgaven på effektiv måde. Det kræver lettere, mere raffineret og dyrere maskineri at opnå en høj effektivitet af anlæg, der kun skal klare lav-temperaturopvarmning.

Men selvfølgelig, hvis betonen og fjerene løftes på én gang i samme skovl, kan begge løfte-opgaver klares på én gang med en rimelig god effektivitet. Det er i princippet det, der er fordelen ved kraft-varme-produktion. Figur 3.5 viser, hvordan el-produktion i et dampturbine-kraftværk foregår. Det svarer til bulldozeren, der løfter betonklodser. Figur 8.1 viser, hvordan man i kraftvarmeværker så at sige får varmeproduktionen (fjerene) med i samme løft.
Tabel 4.1 giver en hurtig oversigt over de effektiviteter, der kan opnås med forskellige opvarmnings- og el-produktionsteknikker. Når regeringen i sin “Energistrategi 2025" (juni 2005) siger, at den vil give mulighed for “forbrug af el i fjernvarmesystemerne”, og samtidig pointerer vigtigheden af “effektiv energianvendelse”, må man gå ud fra, at den mener “brug af el-drevne varmepumper i kraftvarme-fjernvarmesystemerne”. El-patroner i fjernvarmenet udmærker sig ikke ved en høj effektivitet, se tabellen.

FIGUR 4.4 DET INEFFEKTIVE OG DET EFFEKTIVE
Det er ineffektivt at skyde spurve med kanoner og at løfte fjer med en gummiged.
Når man ser en gummiged løfte en betonklods i skovlen, ser man den vældige kraft, der udløses, når olie forbrændes i en dieselmotors cylindre. At bruge det tunge maskineri til at løfte en kasse med fjer er ikke effektivt. Det er bedre at tage betonen og fjerene i samme løft.
Ligesom det er ineffektivt at bruge oliens kraft til at løfte fjer med en gummiged, er det ineffektivt at bruge oliens kraft til rumopvarmning ved at varme vand op i et oliefyr.
Og ligesom der er brug for kraft til det tunge løft, er der brug for kraft til at frembringe elektrisk kraft i et kraftværk (se figur 3.5).
Når kølevandet fra kraftværket bruges til rumopvarmning fra et fjernvarmenet (se figur 8.1), "tages det tunge (frembringelse af elektrisk kraft) og det lette (vandopvarmning) i samme løft". Man undgår oliefyret - "fjerløftningen med gummigeden".



TABEL 4.1 Effektivitetsskalaen går fra 0 til 100%. Effektiviteten af et anlæg eller en maskine kommer aldrig op på 100%, for der vil altid ske tab af energeia i maskineriet.
Det giver kun mening at sammenligne effektiviteter af anlæg, der klarer den samme opgave.
Der er regnet med et varmetab i fjernvarmeledninger fra kraftvarmeværker til huse på 20%.
Effektivteten af el-radiatorer gælder på tidspunkter, hvor der produceres el i kraftværker, så el-forbruget medfører en øget produktion i disse værker. Tallet for “El-patron i fjernvarmenet”, gælder på tidspunkter, hvor ingen kraftværker er i gang. (Kraftværker er brændselsfyrede el-produktionsenheder, hvor kølevarmen ikke udnyttes).
Brændselsceller er beskrevet i afsnit 8.4.

4.8 UDVIKLINGEN SKRIDER FREM - DER ER INGEN VEJ TILBAGE
Hvis alle processer var reversible, dvs. tabsfri, kunne tiden gå tilbage. Så kunne vi gennemløbe historien herfra tilbage til Jordens skabelse.

Man kan forestille sig processer, hvor der ikke sker tab af energeia. For eksempel kan man forestille sig et lod, der hænger helt oppe under loftet i et snoretræk, som er forbundet til en vandpumpe. Loddet bevæger sig lige så langsomt ned mod gulvet, og vandpumpen, der trækkes af loddet gennem snoretrækket, pumper samtidigt vand op i en beholder oppe under loftet. Hvis det hele forløber langsomt og gnidningsløst, så ingen dele i mekanikken bliver varme på grund af gnidning, og der ikke opstår nogen hvirvler i vandet, så vil der i det oppumpede vand være lige så meget energeia, som i loddet, da det hang oppe under loftet. Der er ikke sket noget tab af energeia. For hvis vandet lige så langsomt og uden sprøjt og hvirvler løber tilbage gennem en vandmølle, der gennem snoretrækket løfter loddet op under loftet igen, er vi tilbage i den situation, vi startede med. Dette er et simpelt mekanisk eksempel på det, man kalder en reversibel39 proces: En proces, der kan løbe begge veje uden tab af energeia.

I virkelighedens verden findes der ingen reversible processer. Hvis alle processer var reversible, kunne tiden gå tilbage, så vi kunne gennemløbe historien herfra tilbage til Jordens skabelse. Det, vi kalder udvikling, er alt det, der sker i mangfoldigheden af ikke-reversible (også kaldet irreversible) processer, hvori energeia går tabt. I de naturlige livsprocesser genskabes energeia i de årlige kredsløb i kraft af solens stråling og Jordens rotation om sin egen akse. De fossile brændsler, vi forbruger, går uigenkaldeligt - irreversibelt - tabt.
Udviklingen på Jorden er skredet frem gennem milliarder af år, undertiden gennem omvæltninger frembragt af vulkanudbrud, jordskælv, nedslag af kæmpe-meteorer, istider og andre katastrofer. I det sidste århundrede er der sket en helt ny form for omvæltning, nemlig gennem de irreversible processer, der sker i de hundreder af millioner af dieselog benzinmotorer og olie-, gas- eller gasfyrede kraftværker, som har forlenet mennesket med aldrig før sete kræfter til at forandre verden. Her er der tale om irreversible processer, der ikke kun har frembragt de samfund af storbyer, vejnet, lufthavne, havne og fabrikker, vi nu lever i, men også har medført udryddelse af mange arter og en fremadskridende ændring af atmosfæren.

Denne udvikling kaldes økonomisk vækst, men vi ved ikke, hvor den fører hen. Vi ved, at den ikke kan fortsætte i kraft af de fossile brændsler, for vi har allerede brugt så meget af olie- og naturgasreserverne, at produktionen snart vil begynde at falde. Men vi ved ikke, hvad der så vil ske - medmindre mennesker formår at bringe udviklingen under kontrol.

< Energi på JordenIndholdsfortegnelseDet sorte guld >






 0 kommentar(er) · 1713 fremvisninger

Kommentarer
Der er ikke skrevet kommentarer til denne artikel.

Deltag aktivt i debatten om artiklen Energi til arbejde:

Husk mig

▲ Til toppen
Afstemning
Vil Donald Trump trække USA ud af Paris-aftalen?

Ja

Nej

Ved ikke


Tak for støtten til driften af Klimadebat.dk.
Copyright © 2007-2016 Klimadebat.dk | Kontakt | Privatlivspolitik