Energetika

Artikulu honek Energia transformazioen ikerketei buruz hitz egiten du. Termino horren beste erabilerak ikusteko, irakurri Energia.

Energetika (edo Energia ekonomikoa) energiaren produkzioak, erabilpenak eta energi moten arteko transformazioak aztertzen dituen zientzia eta teknika da. Naturan energia iturri edo modu ezberdinetan azaltzen da, izen desberdinez ezagutzen dira, nahiz eta magnitude gisa bakarra izan. Horrela, energia termikoa, eolikoa edo haize-energia, hidraulikoa, nuklearra, etab. izan daiteke.

Helburua

Orokorrean, Energetika du helburutzat energiaren transformazioetan – baita energia-galeretan ere – modu zehatz batean, bere fluxuan deskribatzen dituzten printzipioak bilatzea.

Printzipioz esan daiteke jakintza-arlo, doktrina, ideologia edo arrazonamendu baten oinarria den kontzeptu edo ideia nagusia dela, edo hainbat fenomeno azaltzen dituen lege orokorra. Funtsean, Energetikaren helburu nagusia da oinarrizko legeen deskribapena.

Historia

Energetikaren historia polemikoa da. Aditu batzuek diote Energetikaren hasierako ikerketak antzinako Grezian hasi zirela. Beste batzuek, berriz, matematikaren formalizazioan jaio zela Leibniz-en eskutik. Richard de Villamil-ek 1928an zion William John Macquorn Rankine-k Energetikaren zientzia formulatu zuela 1855ean bere Outlines of the Science of Energetics lanean, Glasgow-ko Filosofia Elkartearen aktetan argitaratua.

Wilhelm Ostwald-ek eta Ernst Mach-ek Energetikari buruzko ikerketak garatzen jarraitu zuten, baina XVIII.eko mendean ondorioztatu zuten ez zela bateragarria Boltzmann-en gasen teorian azaldutako modelo atomikoarekin. 1920an, Alfred Lotka-k erlazionatu nahi zituen Boltzmannen Energetikaren matematika sintesia eboluzioaren teoria sintetikoa. Lotkaren hitzetan, eboluzioaren hautespen naturala gertatzen zen energia baliagarriaren fluxuaren transformazioaren maximizaziorengatik. Geroago, ikuspegi horrek Energetika ekologikoari buruzko lanetan eragin nabaria izan zuen, batez ere Howard Thomas Odum-en lanetan.

De Villamil-ek, Energetika fisika beste arloetatik bereizteko saiakeran, mekanika bi arlotan bereizi zituen:

• Energetika; energiaren zientzia.
• Dinamika; momentuen zientzia

De Villamilek dio Energetika kalkulatu daitekela ekuazio eskalarretan, bestalde, dinamikak ekuazio bektorialak behar dituela. Dinamikaren dimentsioak espazioa, denbora, eta masa dira, eta Energetikarenak, berriz, luzera, denbora eta masa. (Villamil 1928, p.9). Bereizketa honek gorputzen ezaugarrien aurresuposizioetan oinarritzen zuen, hurrengo bi galderei erantzuna emanez:

1. Partikulak haien artean finko elkartuta al daude?
2. Ba al dago mekanismorik mugitzen ari diren gorputzak gelditzeko?

De Villamilen sailkapena jarraituz, dinamikak baietz erantzungo dio lehenengo galderari eta ezetz bigarrenari. Bestalde, Energetikak ezetz erantzungo dio lehenengo galderari eta baietz bigarrenari. Horren ondorioz, Villamilen sailkapen-sisteman, dinamikan partikulak finko elkarturik daude eta ezin dute oszilatu, haien tenperatura 0º K  izan beharko da.

Momentuaren kontzerbazioa ikuspuntu honen ondorio bat da, baina logikotzat bakarrik har daiteke, eta ez egiazko gertaeren adierazpenetan. (Villamil 1928, p.96). Energetikan, ordea, partikulak oszilatzeko gai dira eta, hortaz, 0ºK ez berdin den tenperatura baten egon ahal dira.

Energetikaren printzipioak

Ekosistema ekologikoen arloan egindako lanek garrantzia eman diote Howard Thomas Odum-i, baita bere Termodinamikaren lege-proposamen eztabaidatuen ondorioz ere, sistema orokorren teorian oinarrituz.

Energia-fluxuen transformazioen printzipio orokorrei buruz esan daiteke Energetikaren printzipioak termodinamikaren lau legeak hartzen dituela, deskripzio zehatz baten bila. Baina lege hauen lekua Energetikaren printzipioen barne gai eztabaidagarriada. Odumen logika baiezkoan bada, Energetikaren printzipioek kontuan hartzen dute ordena hierarkiko baten energien formak, energia kalitatearen kontzeptua neurtzeko gaitasunaren helburuarekin, eta baita unibertsoaren eboluzioarekin ere. Albert Lehninger-ek (1973, p. 2) ordena hierarkiko hori makrokosmos biologikoan energia-fluxuen hurrengo egoreretan definitu zituen.

Odumek proposatu zituen hiru printzipio energetiko gehigarri eta korolario bat hierarkia energetikoa kontuan harturik. Horrela, Energetikaren 4 lehen printzipioak termodinamikako funtsezko lau legeekin bat datoz eta beste 3 printzipioak Odumen Energetika irizpideetatik hartuta daude.

Garrantzitsua da kontuan hartzea lehen lau printzipioak, termodinamikaren legeak, enpirikoki frogatuta baitaude eta gehienetan onartzen dira komunitate zientifikoaren artean. Ordea, Odumek proposatutako 3 printzipioak ezin izan dira enpirikoki frogatu eta urrun daude jakitetik edo komunitate zientifikoaren baieztapenetik. Hemen azaltzen dira printzipio hauek:

• Energetikaren zero printzipioa: Bi sistema termodinamiko, A eta B, oreka termikoan badaude, eta B aldi berean C sistema termodinamikoarekin orekan badago, A eta C oreka termikoan daude.
• Energetikaren lehenengo printzipioa: sistemaren energia beti kontserbatzen da, eta sistema batek ingurunetik beroa jaso eta lan bat egiten badu, bien arteko kendura, sistemaren barneko energia (ΔE) aldatzeko erabiliko da. Honela adierazi behar da modu matematikoan: $\Delta E=Q-W$

• Energetikaren bigarren printzipioa: Edozein sistema termodinamiko isolatu baten entropia denborarekin handitzen doa, bere balio maximora hurbiltzen.
• Energetikaren hirugarren printzipioa: Sistema baten tenperatura zero absoluturantz hurbiltzen bada, prozesu guztiak gelditzen dira eta sistemaren entropiak balio minimoa lortzen du, edo sustantzia kristalino perfektua bada entropia zero izango da.
• Energetikaren laugarren printzipioa: Bi korronte daude Energetikaren laugarren printzipioa izan litzatekeenaren gainean:

1. Onsager-en elkarrekiko erlazioak dira termodinamikako laugarren legea deitutakoa. Termodinamikako laugarren legea bezalakoa, Energetikaren laugarren printzipioa ere izango litzateke.
2. Energetika ekologikoaren alorrean, Odumeren eredua potentzia maximoa hartzen du Energetikaren laugarren printzipioa bezala. Berez Odumek proposatu zuen potentzia eskuratze maximoko printzipioa (Maximum Empower) eta honek joera auto-antolatzaile eboluzionarioak deskribatzen zituela.

• Energetikaren bostgarren printzipioa: Energiaren kalitate-faktorea hierarkikoki areagotzen da. Bazka-kate ekologikoaren ikerketetan oinarrituta, Odumek proposatu zuen transformazio energetikoak transformitate gehikuntzengatik neurtzen diren serie hierarkiko batzuk badirela (ingeleses transformity) (Odum 2000, p.246).

Energia-fluxuek sare hierarkikoak garatzen dituzte. Haietan sartzen diren fluxu energetiko akelkar eragiten dira eta lanaren bitartez kalitate handiagoko energia formak bihurtzen dituzte akzio anplifikatzaileekin, sistemaren potentzia maximizatzen lagunduz. (Odum 1994, p.251).

• Energetikaren seigarren printzipioa: Materiaren zikloek patroi hierarkiko neurgarriak dituzte energia masa ratioaren bitartez, bere leku eta maiztasuna erakusten hierarkia energetikoan. (Odum 2000, p.246).

M.T. Brown-en eta V. Buranakarn-en hitzetan: Orokorrean, energia/masa ratioa birziklatzedun indikatzaile on bat da, birziklatze handia duten materialek energia/masa ratio handiago bat edukitzean (Brown &Buranakarn 2003, p.1).

Kanpo estekak

• Datuak: Q719597