Creidmheas Íomhá: Simon Robertson / Flickr Creative Commons

Ná creid an foclóir: is faisnéis í an eantrópacht, ní fuinneamh

Má fhéachann tú ar shainmhíniú an fhocail eantrópachta san fhoclóir, tá seans maith ann go bhfeicfidh tú é mar chineál fuinnimh. Bhuel, ná creid gach rud a léann tú le do thoil - fiú má tá sé clóite i bhfoclóir oifigiúil a bhfuil cuma air! Is é an príomhphointe ba mhaith liom a dhéanamh sa phost seo:

Ní cineál fuinnimh é eantrópacht, is cineál faisnéise é.

Nílim ag iarraidh ráiteas conspóideach a dhéanamh anseo, ach tuairim a roinnt a cheapaim a bhfuil a fhios ag mórchuid na bhfisiceoirí ina leith: is minic go bhfaigheann foclóirí focail fisice mícheart go dona. B’fhéidir gur fearr le roinnt fisiceoirí eantrópacht a shainiú ar bhealaí coibhéiseacha eile, ag seachaint an téarma shonraigh “faisnéis”, ach tá amhras orm go bhfuil duine ar bith ann a oibríonn i ndáiríre le eantrópacht san fhisic inniu a smaoiníonn air mar chineál fuinnimh.

Níl aon fhadhb agam le sainmhíniú Wikipedia ar eantrópacht, nó le roinnt sainmhínithe foclóra, ach faraor faigheann formhór na bhfoclóirí mícheart é. Mar shampla de cheann de na cinn is measa, tosaíonn sainmhíniú Merriam & Webster le:

tomhas den fhuinneamh nach bhfuil ar fáil i gcóras teirmidinimice iata a mheastar de ghnáth mar thomhas ar neamhord an chórais

Tá an sainmhíniú seo mícheart. Déanta na fírinne, sílim gurb é an sainmhíniú foclóra is measa ar aon fhocal ar rith mé leis riamh. Tá 2 fhadhb mhór leis:

Ar dtús, is éard is eantrópacht ann cainníocht atá sainmhínithe go maith do gach córas (oscailte nó dúnta), mar sin ní gá an aidiacht “dúnta” a áireamh ann agus cuireann sé leis an miotas forleathan idirlín nach mbaineann dlíthe teirmidinimice ach le córais iata seachas le córais iata seachas do gach córas. Réimse ollmhór taighde gníomhach san eolaíocht is ea imscrúdú a dhéanamh ar airíonna teirmidinimice na gcóras oscailte, lena n-eantrópacht san áireamh. Déanta na fírinne, déileálann beagnach gach ceimic agus bitheolaíocht le córais oscailte. Mar sin is maoirseacht ollmhór é sainmhíniú foclóra a thabhairt do dhaoine nach gcuireann san áireamh iad.

Ar an dara dul síos agus níos tábhachtaí fós, is dhá choincheap éagsúla iad eantrópacht agus fuinneamh nach bhfuil ar fáil. Sa chás is fearr, tá nasc idir an dá cheann a choinníonn i roinnt cásanna idéalaithe neamhchoitianta. Tá an frása “fuinneamh nach bhfuil ar fáil” débhríoch i ndáiríre agus d’fhéadfadh sé tagairt a dhéanamh do go leor rudaí éagsúla, ach níl aon cheann acu sin mar an gcéanna le eantrópacht.

Tá aonaid ceangailte le gach cainníocht fhisiceach intomhaiste. Mar sin is coinníoll riachtanach amháin chun dhá chainníocht fhisiciúla a bheith mar an gcéanna ná go bhfuil (nó ar a laghad is féidir iad a chur in iúl sna) aonaid chéanna. Mar shampla, is féidir fuinneamh a thomhas in aonaid ghoules, calraí, ergs, kilowatt-hours, nó leictreon-volta. Is ionann iad seo go léir sa mhéid is nach bhfuil sa difríocht eatarthu ach fachtóir tiontaithe, cosúil leis an bhfachtóir tiontaithe idir míle agus ciliméadar nó galún agus lítear. Mar shampla, 1 Calorie = 4184 Joules, agus 1 Joule = 10-milliún ergs. Dá ndéarfadh an foclóir leat go raibh an toirt mar an gcéanna le fuinneamh, bheadh ​​a fhios agat láithreach go raibh sé ina luí, ós rud é go ndéantar an toirt a thomhas in aonaid cupáin, galún, lítear, ceintiméadar ciúbach, srl. Agus nach féidir é a thomhas i ngutaí nó calraí.

Cad iad na haonaid a ndéantar eantrópacht a thomhas iontu? Is iad na haonaid is nádúrtha giotáin (an t-aonad bunúsach a thomhaiseann tú aon chineál faisnéise ann), ach ar chúiseanna áise agus staire tá sé níos coitianta í a thomhas i Joules / Kelvin. Is aonaid choibhéiseacha iad seo, mar 1 ghiotán Joule / Kelvin = 1.045 × 10²³ = 13 billiún Terabytes = 13 Zettabytes. Níl aon cheann díobh seo comhionann le goules, calraí, nó le haon cheann de na haonaid ar féidir fuinneamh a thomhas iontu. Cosúil le toirt, níl ann ach an cineál céanna rud le fuinneamh.

Nuair a dhéantar é a thomhas i Joules / Kelvin, tá nasc idir fuinneamh agus eantrópacht. De ghnáth seachnaím cothromóidí sa bhlag seo, ach táim chun cúpla ceann a scríobh síos chun an nasc idir na coincheapa a léiriú anseo. Má léirímid fuinneamh mar E, teocht mar T, agus eantrópacht mar S, ansin tá maoin eile de chórais fhisiceacha ar mhaith le fisiceoirí a shainiú ar a dtugtar an “fuinneamh saor ó Helmholtz”, a luaitear go minic le F:

F = E-TS

Cosúil le E, déantar F a thomhas in aonaid fuinnimh (goules, calories, srl.). Sin an fáth gur féidir leo a bheith ar gach taobh de chomhartha cothrom gan iad a iolrú faoi aon athróg eile. Maidir le cineálacha áirithe córas (iad siúd a choinnítear ag teocht agus toirt tairiseach), is ionann F agus an fuinneamh atá ar fáil i gcóras, an “fuinneamh saor”. Maidir le cineálacha eile córais, áfach (iad siúd a choinnítear ag teocht agus brú leanúnach), ní hé F an fuinneamh atá ar fáil; tugann fuinneamh saor in aisce Gibbs an fuinneamh atá ar fáil, arna chur in iúl de ghnáth ag G:

G = E-TS + PV

Toisc nach ionann G ná F agus “fuinneamh saor” an chórais i ngach cás, molann a lán eagraíochtaí eolaíochta an réimír a fhágáil “saor in aisce” agus gan ach fuinneamh Helmholtz agus fuinneamh Gibbs a ghlaoch orthu. Seachnaíonn sé seo duine ar bith a dhéanann dearmad go dtagraíonn ceachtar acu don “fhuinneamh atá ar fáil” fíor i gcóras, nach coincheap dea-shainithe é i ndáiríre gan a shonrú cén cineál córais agus conas a bheartaíonn tú fuinneamh a bhaint as.

Ar a laghad le fuinneamh Helmholtz, tá léirmhíniú réasúnta ar an dara téarma ar dheis (TS = teocht x eantrópachta) mar “fhuinneamh nach bhfuil ar fáil” de chóras toirt tairiseach teocht tairiseach. Is fuinneamh é seo nach féidir leat a bhaint as mar obair úsáideach gan teocht nó toirt an chórais a athrú. Ach i gcás aon turgnaimh cheimiceach nó bhitheolaíoch, is brú atá ann seasta seachas toirt agus mar sin ní oibríonn an léirmhíniú seo fiú i go leor cásanna an-simplí.

Taobh amuigh de sin, tá cásanna eile ann nach gcoinnítear teocht ná toirt an chórais seasta. Sna cásanna sin, ní fuinneamh saor in aisce é fuinneamh Helmholtz, ná fuinneamh Gibbs, cé go bhfuil eantrópacht na gcóras sin sainmhínithe go maith fós. Nuair a bhíonn an teocht ag athrú, tugtar “teirmidinimic neamh-chothromaíochta” air seo agus léiríonn sé aicme mhór eile de chórais fhisiceacha thábhachtacha agus réimse mór taighde.

Fiú amháin sna cásanna ina bhfuil nasc díreach idir eantrópacht agus fuinneamh nach bhfuil ar fáil, is é TS seachas S féin an fuinneamh nach bhfuil ar fáil. Ach má choinnítear an teocht seasta, tá siad comhréireach lena chéile ar a laghad - ionas gur féidir leat ceann a úsáid mar sheachfhreastalaí don cheann eile sa chás seo. Ar an gcaoi chéanna, tá cásanna speisialta ann inar féidir toirt an chórais a úsáid mar sheachfhreastalaí ar fhuinneamh córais. Ach chomh fada agus is eol dom, níor ghlac duine ar bith leis seo riamh mar cheadúnas chun toirt a shainiú mar fhuinneamh nó fuinneamh mar thoirt. Is féidir an rud céanna a rá maidir le beagnach dhá chainníocht fhisiciúla ar féidir leat smaoineamh orthu: bíonn baint dhíreach acu uaireanta, agus uaireanta ní bhíonn.

Cén fáth go bhfaigheann foclóirí an ceann seo chomh mícheart? Tá siad i ndáiríre ag athrá miotas forleathan a léirítear i go leor áiteanna in ailt eolaíochta agus in áiteanna eile ar an idirlíon. Bhí fiú sraith alt ann a tháinig amach in 2010 ag maíomh gur léirigh fisiceoirí go bhféadfá faisnéis a thiontú ina fuinneamh. Tá an domhan lán faisnéise, tá sé i ngach áit timpeall orainn. Mar sin ar ndóigh dá mbeadh sé seo fíor, bheadh ​​soláthar fuinnimh neamhtheoranta againn. Déan dearmad a bheith buartha faoi chumhacht guail, ola, gréine nó núicléach - ach sconna ar fhaisnéis íon! Ar an drochuair, tá sé gach rud chomh bréagach le sainmhíniú Merriam & Webster, agus bunaithe ar an miotas céanna. Is é an rud atá fíor ná gur féidir leat faisnéis a thiontú ina eantrópacht agus ar ais, toisc nach bhfuil eantrópachta ach ceann amháin de go leor cineálacha faisnéise. Ar an gcaoi chéanna, is féidir leat ábhar a thiontú ina fhuinneamh agus ar ais, ós rud é go bhfuil an t-ábhar ar cheann de go leor cineálacha fuinnimh. Ach tá ábhar agus fuinneamh an-difriúil ó fhaisnéis agus eantrópacht. Léiríonn siad catagóirí éagsúla rudaí, agus sin an fáth go ndéantar iad a thomhas in aonaid éagsúla.

Conas a thosaigh an miotas seo? Is féidir a bhunús a rianú siar go fear darb ainm Peter Tait:

Peter Guthrie Tait

Fisiceoir Albanach ón 19ú haois ba ea Peter Tait, agus cara le beirt fhisiceoirí Albanacha a raibh aithne níos fairsinge orthu ag deireadh an 19ú haois: James Clerk Maxwell agus William Thomson (aka Lord Kelvin).

Ba é an fisiceoir Gearmánach Rudolf Clausius a chum an téarma eantrópachta i 1865. Ní raibh a fhios ag Clausius ag an am go raibh eantrópacht ag léiriú faisnéise i bhfolach córais, ní raibh a fhios aige ach go bhfuair sé teaglaim áirithe d’athróga teirmidinimice ar chosúil go raibh siad ag imirt ról tábhachtach san fhisic. Mar sin chuir sé an tsiombail S air mar lipéad air seo agus ainmnigh sé eantrópachta é. I gcuid dá pháipéir roimhe seo, thagair sé dó mar “ábhar claochlaithe” (toisc gur aimsigh sé é agus é ag déanamh anailíse ar an gcumas atá ag innill teasa teas a athrú go hobair). Mar sin ghlac sé an focal Gréigise trope a chiallaíonn “claochlú” agus chuir sé an réimír en- agus an iarmhír -y leis chun go mbeadh sé cosúil le fuinneamh. Chonaic sé go raibh an dá rud cosúil le chéile toisc gur cainníochtaí caomhnaithe iad araon i bpróisis fhisiciúla inchúlaithe mar thimthriall Carnot d'inneall teasa.

Rudolf Clausius, a chum an téarma “eantrópachta”

Scríobh Tait cuntas níos coitianta ach nach raibh chomh dian ar obair Clausius, áit ar mhínigh sé eantrópacht Clausius mar “fhuinneamh atá ar fáil”. Chuir sé seo fearg ar Clausius, a scríobh chuig Tait ag míniú dó go raibh mífhaisnéis á dhéanamh aige ar a chuid oibre. B’fhéidir nach raibh a fhios aige go díreach cad a bhí san eantrópacht, ach bhí a fhios aige nach cineál fuinnimh a bhí ann.

Mhol Clausius, más rud ar bith é, gur chosúil go raibh baint níos mó ag eantrópacht leis an méid móilíní i ngás a scaipeadh amach ná an méid fuinnimh a bhí acu. Ach ar an iomlán, is beag a bhí ar eolas faoi fhisic mhicreascópach sa 19ú haois, agus mar sin bhí a fhios aige gurbh fhearr eantrópacht a shainiú nach sainmhínítear ach mar fheidhm shonrach stáit matamaiticiúil seachas iarracht a dhéanamh a fíor-bhrí a léirmhíniú tuilleadh. Ní raibh Tait cinnte go raibh aon rud cearr lena smaoineamh ar eantrópacht mar fhuinneamh a bhí ar fáil, agus mar sin choinnigh sé air ag scaipeadh timpeall air.

Ag pointe éigin, rinne Maxwell botún den chineál céanna, agus é ag scríobh i gceann dá leabhair gur “fuinneamh nach raibh ar fáil” a bhí san eantrópacht. Ach roinnt blianta ina dhiaidh sin, tar éis dó saothar Josiah Willard Gibbs a léamh, agus roinnt á áiteamh ó Clausius, mheabhraigh sé go poiblí é agus bhain sé an tagairt don eantrópacht mar fhuinneamh nach raibh ar fáil i leagan nuashonraithe den leabhar céanna. Chuir sé an milleán ar Tait as mearbhall a chur air ar an bpointe seo.

Chun pictiúr amhairc níos fearr a fháil ar cé chomh difriúil atá coincheapa an eantrópachta agus an fhuinnimh nach bhfuil ar fáil, seo léaráid a tharraing Gibbs ag léiriú an chaidrimh:

Léaráid le Josiah Willard Gibbs - 1873

Tomhaiseann an ais ingearach fuinneamh, agus tomhaiseann an ais chothrománach eantrópacht. Is é an fuinneamh atá ar fáil sa léaráid seo, ar a dtugtar fuinneamh Gibbs níos minice anois, an deighleog líne AB. Ar ndóigh, tá an gaol idir fuinneamh agus eantrópacht casta, ach ní hionann eantrópacht agus fuinneamh nach bhfuil ar fáil. Bhí sé seo soiléir do Clausius, ba léir do Gibbs é, agus tar éis Gibbs a léamh ba léir do Maxwell é. B’fhéidir gur chuir Tait ina luí ar a chara William Thomson, agus b’fhéidir gur éirigh leis a shainmhíniú a chur isteach san fhoclóir, ach tá an bealach a úsáideann fisiceoirí iarbhír an focal inniu ag teacht lena shainmhíniú bunaidh le Clausius (a thuig Gibbs i gceart agus Maxwell sa deireadh) , ní le saobhadh Tait air. Bhí sé de cheart ag Clausius cur i gcoinne é a léirmhíniú, mar gur theastaigh ó theoiric faisnéise na Sionainne i lár an 20ú haois léirmhíniú iomlán a dhéanamh ar a bhfuil eantrópachta ar an leibhéal micreascópach.

150 bliain ina dhiaidh sin, sílim go bhfuil sé thar am bás a fháil ó mhíthuiscint Tait ar eantrópacht. Is éard is eantrópacht ann tomhas ar an méid faisnéise i bhfolach nó in easnamh atá i gcóras, ní tomhas ar an méid fuinnimh atá ar fáil nó nach bhfuil ar fáil. Má tá tú á léamh seo, Merriam & Webster, smaoinigh ar do shainmhíniú a nuashonrú.

Má bhain tú taitneamh as é seo a léamh, cliceáil ar an chun é a mholadh do léitheoirí Meánacha eile. Go raibh maith agat!