ENERGIA, ENERGONICA ȘI TERMODINAMICA

  CUPRINS:
PrefataIX
Cuvant inainteXIII
IntroducereXVII
1. Energia1
1.1. Problemele energiei1
1.2. O istorie inversata3
1.3. Materia si energia5
1.4. Conceptul de energie6
1.4.1. Conceptul de energie ca marime fizica6
1.4.2. Conceptul de energie in rezolvarea problemelor stiintifice9
1.5. Definirea conceptului de energie10
1.6. Energia mecanica de proces si energia termica de proces11
1.7. Energia si timpul18
1.8. Puterea21
1.9. Categorii si forme de energie23
1.9.1. Energii de miscare23
1.9.1.1. Energia mecanica24
1.9.1.2. Energia electrica28
1.9.1.3. Energia termica30
1.9.2. Energii potentiale31
1.9.2.1. Energia potentiala gravitationala32
1.9.2.2. Energia potentiala de deformare elastica34
1.9.2.3. Energia de legatura35
1.9.2.3.1. Energia de coeziune moleculara36
1.9.2.3.2. Energia de legatura chimica39
1.9.2.3.3. Energia de legatura atomica si energia
de disociere a legaturii42
1.9.2.3.4. Energia de legatura nucleara43
1.9.2.3.5. Concluzii cu privire la energia de legatura47
1.9.3. Energia de repaus48
1.10. Energia de activare49
1.11. Calitatea energiei52
1.11.1. Degradarea energiei termice52
1.11.2. Calitatea energiei fizice55
1.11.3. Calitatea bioenergiei56
1.12. Energii de actiune si energii efect58
1.13. Stari si energii critice62
1.13.1. Generalitati62
1.13.2. Energia critica si energia specifica critica62
1.13.3. Exemple de stari si energii critice64
1.14. Conversia reciproca a diferitelor forme de energie si generarea energiei76
1.15. Problema generala a conservarii energiei87
Anexa 1.1. Solutii tehnice pentru reducerea consumului de energie92
Anexa 1.2. Sursele si resursele de energie101
Anexa 1.3. Energia, societatea si provocarile viitorului111
Anexa 1.4. Convertirea unitatilor de masura a energiei114
Anexa 1.5. TIMPUL115
Anexa 1.6. Convertirea unitatilor de masura a puterii116
Anexa 1.7. Prefixe pentru multiplii si submultiplii unitatilor de masura117
Anexa 1.8. Exemplu practic de stocare a energiei118
Anexa 1.9. Valorile energiei de legatura chimica pentru legaturile simple, in kJ-mol-1 120
Anexa 1.10. Energia de activare a unor polimeri121
Bibliografie122
2. Energonica125
2.1. Modelarea comportarii materiei supusa la o anumita solicitare126
2.1.1. Modelare matematica a comportarii materiei126
2.1.1.1. Legi de comportare a materiei126
2.1.1.2. Dependenta comportarii materiei de viteza
de solicitare termomecanica131
2.1.2. Modelare termomecanica a comportarii materiei138
2.1.3 Modelare termochimica a comportarii materiei142
2.2. Bazele fizice ale ireversibilitatii145
2.3. Principiile Energonicii147
2.3.1. Concepte147
2.3.2. Principiile149
2.3.3. Principiul conservarii energiei (in formulare cauzala)150
2.3.4. Principiul ireversibilitatii155
2.3.5. Principiul accesibilitatii energiei158
2.3.6. Principiul energiei critice164
2.3.7. Principiul reluctantei180
2.3.8. Principiul minimei actiuni183
2.3.9. Natura agreeaza minimele185
2.3.10. Unele concluzii referitoare la principiile Energonicii188
2.4. Legile Energonicii189
2.4.1. Legea starilor critice ale materiei189
2.4.2. Legea echivalentei proceselor si fenomenelor190
2.4.3. Legea coexistentei si complementaritatii ordinii si dezordinii192
2.4.4. Legea regimurilor tranzitorii195
2.5. Metoda Energonicii196
Anexa 2.1. Exemple de calcul200
Anexa 2.2. Anexa 2.2. Aplicatii ale principiului energiei critice in domeniul corpurilor solide si al unor fluide202
Anexa 2.3. Aplicatii ale principiului energiei critice la organismele vii212
Anexa 2.4. Efectul moderator al reluctantei216
Bibliografie219
3. Termodinamica222
3.1. Elemente de baza ale Termodinamicii222
3.1.1. Introducere222
3.1.2. Generalitati222
3.1.3. Legile de comportare ale materiei in Termodinamica224
3.1.4. Postulatele Termodinamicii226
3.1.5. Principiile Termodinamicii226
3.1.5.1. Principiul zero al Termodinamicii226
3.1.5.2. Principiul intai al Termodinamicii226
3.1.5.3. Principiul intai in Termodinamica ireversibila cu viteza finita229
3.1.5.4. Principiul al doilea al Termodinamicii234
3.1.5.5. Principiul al treilea al Termodinamicii239
3.2. Lucrul mecanic, caldura, energia interna si puterea mecanica in functie de comportarea gazului240
3.3. Lucrul mecanic si caldura in procesele cu solide si lichide in functie de comportarea acestora la solicitari externe247
3.3.1. Corpuri solide247
3.3.2. Lichide249
Anexa 3.1. Legi caracteristice proceselor de transmitere a caldurii251
Anexa 3.2. Exemple de utilizare a relatiilor termodinamicii cu viteza finita [7;8;34] pentru procese termodinamice in gaze254
Anexa 3.3. Procese termomecanice in lichide258
Bibliografie264
4. Reflectii si observatii cu privire la Energonica si Termodinamica266
4.1. Problema comportarii materiei266
4.2. Observatii asupra unor concepte ale Termodinamicii271
4.3. Observatii asupra principiului conservarii energiei272
4.3.1. Relatii pentru lucrul mecanic de variatie a volumului, pentru lucrul mecanic de variatie a formei si lucrul mecanic pentru invingerea frecarii externe in cazul general al comportarii neliniare, functie de putere, a materiei273
4.3.2. Sinteza rezultatelor obtinute la aplicarea principiului conservarii energiei in Energonica si in Termodinamica275
4.4. Observatii asupra ireversibilitatii si asupra principiului al doilea al Termodinamicii 277
4.4.1. Unele observatii si puncte de vedere asupra esentei principiului al doilea al Termodinamicii277
4.4.2. Ireversibilitatea in Energonica279
4.4.3. Principiul al doilea al Termodinamicii din perspectiva Energonicii281
4.5. Comentarii cu privire la principiile I si II ale Termodinamicii282
4.5.1. Comentarii asupra primului principiu al termodinamicii282
4.5.2. Comentarii asupra celui de al doilea principiu al termodinamicii284
4.6. Termodinamicile si Energonica289
4.7. Unele concluzii referitoare la Termodinamica si la Energonica290
Bibliografie293
  PREZENTARE:
  PREFATA:
Cand se naste o Noua Stiinta sau o Ramura a unei Stiinte existente sau o Stiinta de Sinteza (intre mai multe stiinte existente) sau o Stiinta Unificatoare (intre mai multe ramuri ale unor stiinte existente) este intotdeauna necesara o „analiza comparativa” cu ceea ce exista deja, precum si „o justificare” a necesitatii dezvoltarii/inventarii acesteia.
Exact asta face Profesorul Valeriu Jinescu in noua sa carte intitulata de domnia sa foarte sugestiv (in sensul de mai sus-comparativ): „Energia, Energonica si Termodinamica”.
Energonica este o creatie a dumnealui, si a aparut in anul 1997 prin cartea intitulata „Energonica” dupa cum se arata in Cuvant inainte si in capitolul 2.
Asa cum arata cu foarte multe exemple celebre, aparitia unei noi idei, intr-o stiinta existenta deja, sau a unor noi idei care pun bazele unei Noi Stiinte sau a unei noi Metode de cercetare, sau a unei noi Ramuri a unei Stiinte existente, aceasta se intampla cu mari eforturi de confirmare a utilitatii si chiar a necesitatii aparitiei acesteia.
Profesorul Jinescu, in noua sa carte arata cu foarte multe argumente tocmai necesitatea si utilitatea Energonicii pentru studiul proceselor ireversibile partial sau total (de obicei cu viteza finita) a unor materiale care nu au fost studiate suficient sau chiar deloc din acest punct de vedere (al ireversibilitatii) in alte domenii ale stiintei, sau care chiar daca au fost studiate rezultatele existente sunt incomplete si nu indeajuns de validate...
Folosind conceptul de Energie - atat de general (poate cel mai general dupa Einstein) - precum si Principiul Conservarii Energiei (care in Termodinamica se cheama Principiul I al Termodinamicii) era absolut necesara “pozitionarea“ Energonicii in raport cu alte Stiinte, sau ramuri ale diverselor stiinte, in care se utilizeaza conceptul de Energie si Principiul I al Termodinamicii.
Adesea Termodinamica este numita Stiinta Generala a Energiei (dupa Baehr - reputat Profesor german care a dezvoltat Metoda Exergetica, dupa inventarea acestui concept de catre Zoran Rant).
Albert Einstein a considerat Termodinamica cea mai generala Stiinta, pentru ca dupa opinia sa Principiul I si Principiul II ale Termodinamicii sunt cele mai generale legi cunoscute, care se aplica intregului Univers, de la microcosmos, la macrocosmos si apoi la orice parte in Univers...
Desi Termodinamica este cea mai generala Stiinta, anumite metode sau/si ramuri ale acesteia nu au reusit, si probabil nu vor reusi sa rezolve problemele ridicate, studiate, aprofundate in Energonica. Astfel, din pacate:
- Metoda Exegetica nu se poate folosi in domeniul studiat de Profesorul Jinescu in Energonica... (materiale, lichide foarte vascoase, solide, plastice, elastoplastice...).
- Nici Metoda Entropica de apreciere a ireversibilitatii (inventata de Prof. Bejan Adrian) nu se poate folosi, fiindca in acest domeniu al Energonicii procesele studiate (in Masinile de procesare a materialelor, de exemplu) sunt fie foarte ireversibile, fie total ireversibile (de exemplu ruperea, sau schimbarea radicala a formei) pentru care „nu se poate concepe un proces reversibil de revenire la starea initiala, pentru a putea calcula Entropia clasica a lui Clausis (dS= Qrev/T);
- Nici Termodinamica in Timp Finit (TTF) (Curtzon-Ahlborn-Chambadal-Novicov) nu poate fi folosita, in studiul materialelor si proceselor studiate in Energonica, fiindca TTF se ocupa doar de ireversibilitatile externe, pe cand Energonica se ocupa atat cu ireversibilitatile externe cat si cu cele interne. De aceia TTF a fost criticata foarte aspru de Prof. Moran si Prof. Giftopoulos, care au decis la un Congres ASME (American Society of Mechanical Enginering) sa nu se mai publice lucrari in „domeniul TTF” in USA, inca de acum cca. 10 ani;
- Nici Termodinamica cu Viteza Finita (TVF) (L. Stoicescu, S. Petrescu, C. Harman, M. Costea et. al.) nu putea sa rezolve problemele abordate in Energonica, pentru ca aceasta (TVF) a fost construita cu intentia de a ajunge la Validarea si Optimizarea doar a Masinile Termice, si nu pentru Masinile de procesare a materialelor. Aceasta (TVF) a putut, poate, doar sa-l inspire pe Profesorul Jinescu sa dezvolte o Noua Expresie Matematica a Principiului I pentru materialele si procesele ireversibile studiate in cadrul Energonicii, atat de importante pentru proiectarea optimizata a Masinilor de Proces, total diferite ca scop si constructie de Masinile Termice (Masini Motoare, Turbine, Compresoare, Detentoare, Masini Frigorifice, Pompe de Caldura).
Intre formularea matematica a Principiului I a lui Plank si cea a lui Clausius, profesorul Jinescu a ales sa foloseasca pe cea a lui Clausius, in care Caldura este „energia de actiune” (in terminologia lui Jinescu), impreuna cu Lucrul mecanic de schimbare a formei, si de deplasare a materialului (in masinile de lucru: laminare, trefilare, extrudare, etc...) care sunt „energii efect”, impreuna cu schimbarea Energiei interne termice.
In ceea ce priveste folosirea Principiului II in Energonica, Prof. Jinescu adopta o pozitie sugerata foarte ferm de Ilya Prigogine (intemeietorul Termodinamicii Fenomenologice Ireversibile impreuna cu Profesorul sau Onsager), anume alege alt criteriu de apreciere cantitativa a ireversibilitatii, nu cu ajutorul Entropiei, care nu se poate calcula pentru materialele si procesele studiate in Energonica, fiindca in aceste procese sistemul studiat este foarte departe de echilibru. Prigogine spune textual ca in acest caz Entropia Clasica a lui Clausius nu se mai poate folosi, si ca e necesara introducerea unor altor criterii de apreciere a ireversibilitatii, poate similare cu „entropia clasica” dar categoric diferite de aceasta. Tocmai asta face Profesorul Jinescu folosind caldura de frecare interna si externa, precum si energia disipata ireversibil datorita neuniformitatii marimilor intensive, pentru aprecierea ireversibilitatii.
Adoptarea acestui nou criteriu de apreciere cantitativa a ireversibilitatii, „nu afecteaza cu nimic” folosirea in continuare a entropiei clasice a lui Clausius, sau a entropiei statistice a lui Boltzmann, in domeniile in care aceasta deja a adus contributii fundamentale si esentiale (Termodinamica Chimica si Electrochimica cu folosirea potentialului Gibbs ( G= H-T. S), in care intra Entropia clasica a lui Clausius; Termodinamica Statistica, in care se foloseste Entropia lui Boltzmann, Metoda Entropica, Metoda Exergetica, Exergo-Economie, Informatica in care se foloseste Entropia lui Shannon, inspirata dupa formula lui Boltzmann, folosita la optimizarea retelelor de transmitere si prelucrare a informatiilor).
Am facut aceasta mentiune pentru ca „eventualele critici” ale Energonicii de catre specialistii din domeniile mai sus mentionate, sa nu considere ca introducerea unui nou criteriu de apreciere a ireversibilitatii poate conduce „la negarea” sau „abandonarea folosirii” Entropiei Clasice (Clausius sau a lui Boltzmann) in acele domenii, sau in Metoda Entropica (Bejan), sau in metoda Exergetica (Rant-Baehr-Radcenco-Nerescu).
In concluzie:
- aparitia Energonicii si a Analizei Comparative cu alte Stiinte sau ramuri ale stiintei (Termodinamica Reversibila Clasica, TVF, TFT etc.), realizate de Profesorul Jinescu in noua sa carte „Energia, Energonica si Termodinamica” este o realizare extrem de interesanta, importanta si utila, un nou capitol al stiintei cu numeroase aplicatii, intre altele in Stiinta Materialelor si a procesarii acestora, folosind din plin conceptul de Energie, dar si alte principii din alte domenii ale stiintei (inclusiv Principiul I si Principiul II din Termodinamica), si - mai ales - noile principii si legi descoperite si introduse de dansul;
- „Energia, Enegonica si Termodinamica” este o carte in totalitate originala, unica si fara egal in literatura stiintifica internationala; ea reprezinta o contributie de exceptie a autorului ei, Prof. univ. emerit dr. ing. Valeriu V. Jinescu, la evolutia stiintei, un mare pas inainte catre stiinta viitorului.
Prof. univ. emerit dr. ing. Stoian PETRESCU
Universitatea Politehnica din Bucuresti
Bucknell University, Lewisburg, PA, SUA
  CUVINTE CHEIE: