תרמודינמיקה

מתוך אקו-ויקי, מקום מפגש בנושאי אקולוגיה, חברה וכלכלה.
גרסה מ־22:07, 18 ביוני 2006 מאת האזרח דרור (שיחה | תרומות) (ערכים קשורים)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
  • החוק הראשון של התרמודינמיקה היא טענה לפיה כמות האנרגיה במערכת סגורה, היא גודל קבוע. אם מתעלמים מהיכולת של הפיכת אנריגה לחומר לפי המשוואה של איינשטין E=MC^2 (יכולת שרלוונטית בעיקר בתנאים פיזיקליים קיצוניים כמו בעת ביקוע או היתוך גרעיני), אזי החוק הופך לטענה לפיה במערכת סגורה, כמות החומר היא גודל קבוע. ניתן אם כן להתייחס לחוק כאל "חוק שימור אנרגיה" או "חוק שימור החומר"
  • החוק השני של התרמודינמיקה טוען כי במערכת סגורה, כמות האנרגיה החופשית לביצוע פעולה, תלך ותרד עם הזמן. ניסוח אחר הינו שכמות האנתרופיה תלך ותגדל עם הזמן.

הרחבה - החוק שני של התרמודינמיקה

את החוק ניתן לנסח באופן תרמודינמי - כך שכאשר מפגישים גוף קר עם גוף חם, החום יזרום לגוף הקר, והוא יתחמם, בעוד שהגוף החם יתקרר (ולעולם לא להפך - כלומר הגוף החם לא יהפוך חם יותר, והגוף הקר לא יהפוך להיות קר יותר, כתוצאה מהמפגש בין שניהם).

החוק השני במונחי סטטיסטיקה

ניסוח אחר של החוק השני של התרמודינמיקה הוא במונחים של סטטיסטיקה. נסתכל במערכת סגורה, כלומר חומר ואנרגיה לא חוצים את גבולות המערכת. במערכת זאת יש שני תאים, עם מחיצה ביניהם. בכל תא יש כדורים בצבע שונה לדוגמא שחור ואדום (או מולקולות). אם נסיר את המחיצה, וניתן לכדורים להתערבב (יש הנחה מוסווית שיש אנרגיה במערכת - כלומר הכדורים זזים, או שפשוט אנו מכניסים קצת אנרגיה למערכת על ידי ערבוב קל שלה), ואז , כעבור זמן מה נוריד מחדש את המחיצה. אם אנו מבדילים בין הכדורים, נוכל לקבל 16 אפשרויות.

כל כדור יכול להיות בכל תא - הכדור הראשון יכול להיות בתא ימין או בתא שמאל. הכדור השני יכול גם הוא להיות או בתא הימני או בשמאלי (ונקבל 4 אפשרויות), וכך הלאה עד 2 בחזקת 4 אפשרויות (כל כדור מכפיל את מספר האפשרויות) = 16. מתוכן רק 2 אפשרויות הן "מסודרות" - כלומר שכל הכדורים מאותו הצבע הינם באותו הצד: שני השחורים בתא הימני ושני האדומים בצד השמאלי או להפך. אם נגיד שהסיכוי של כל כדור להיות בתוך כל תא הינו זהה. אזי נקבל סיכוי של 2/16 , או 1/8 לקבל סידור "מסודר".

בצורה דומה , אם בכל צד יש 10 כדורים, אזי מספר הסידורים האפשרי הינו 2 בחזקת 20. או בערך מיליון סידורים. מתוכם רק שניים הם "מסודרים". כלומר הסיכוי לקבל "סדר ספונטני" ירד לבערך 1 לחצי מיליון. אם ניקח 10,001 כדורים, (הרבה פחות ממספר המולקולות או אפילו ממספר גרגרי החול בתוך כוס קטנה), נקבל סיכוי אחד לחלק ל 2 בחזקת 10000, שזה מספר קטן כל כך, שקשה מאוד לדמיין אותו אפילו (נגיד, כמו לזכות בטוטו במשך 500 הגרלות ברציפות). מכאן קל להבין, שלמרות שטכנית, ניתן להכניס עוגה קרה לתנור חם ולהוציא אותה קרה יותר, או לערבב גרגרי מלח וסוכר ולקבל אותם חזרה בצורה מסודרת, מעשית, הסיכוי לזה הוא פשוט אפסי.

את החוק השני של התרמודינמיקה ניתן להחיל על מערכות שיש בהן מעורבות של חומר ואנרגיה (כמו מפעל , תא חי, גוף האדם , כדור הארץ או הייקום כולו), וכן בהקשר של מערכות שיש בהן מידע (כמו ספר, תא חי וכו').

תרמודינמידקה, סביבה וכלכלה

המערכת הכלכלית על פי התאור הנאו-קלאסי, היא מערכת ניוטונית סגורה – עבודה מוחלפת במוצרים בין שני "מעגלים" סגורים של שוק העבודה והסחורות. הכוונה במערכת ניוטונית, היא לכך שאין כיווניות בזמן (בניגוד למערכת תרמודינמית). אם מקרינים סרט קצר של שני כדורי ביליארד נפגשים, אי אפשר לדעת אם מסתכלים עליו בכיוון הנכון של חץ הזמן או בכיוון ההפוך. בניגוד לכך ,צפיה בסרט על כדור ביליארד שמכה ב10 כדורים, או סרט על צלחת נשברת מתאר מערכת שמציית לחוק השני של התרמודנימיקה , ולכן קל לנו לדעת מה הכיוון של חץ הזמן.

אם לדוגמא, נכבה את השמש, המערכת הכלכלית אמורה להמשיך לייצר תפוזים ולצרוך אותם ללא הפרעה (בחושך, ובטמפרטורה של 3 מעלות מעל לאפס המוחלט). ברור שדבר זה בלתי אפשרי - מכאן שבתיאוריה הכלכלית יש הנחות מובלעות בדבר קיום תקין של הביוספרה והחברה.

כיבוי השמש היא דוגמא קיצונית, אבל היא מדגימה עד כמה התאור של מערכת ניוטונית סגורה הינו דבר שיכול להראות נכון בטווח הקצר, וכמה הוא שגוי בטווח הארוך. השפעות סביבה כמו התחממות גלובלית, חור באוזון או הרס הביוספרה, הינן בעלות השפעה כלכלית חזקה – גם אם נחליט שלא בא לנו למדוד השפעה זו.

העולם שלנו מהווה מערכת חצי סגורה בעלת זרם אנרגיה נתון (אור שמש), וכמות חומר סופית. "הגדלת הייצור" פרושה בעצם האצת הקצב שבו חומרים הופכים לפסולת ואנרגיה הופכת לחום. כתוצאה מכך - האנתרופיה גדלה. כרגע, מי שמייצר "סדר" (הקטנת האנתרופיה בתוך המערכת ע"י שימוש באנרגיה), שהינו הכרחי לקיום החיים והכלכלה, היא בעיקר המערכת הביוספרית (כלפי כלל החיים), והמערכות החיות של כל יצור חי.

ניתן לחשוב על זה כך- בחדר סגור יושבים "אמא" ו"דני". דני (הכלכלה) מבשל ואוכל, אימא (הביוספרה) מספקת אוכל (פוטוסינתזה) ומנקה את הסירים (מיחזור חומרים). הכלכלנים מסתכלים רק על דני. כשדני קטן ואמא גדולה, וכשה"ארונות" מלאים, ככל שדני מבשל ואוכל יותר כך הוא נהנה יותר. אבל כאשר דני גדל, הארונות מתרוקנים ואמא הולכת ונעלמת, דני יצטרך להביא יותר אוכל ולשטוף יותר סירים בעצמו (יותר כסף יחליף ידיים, והכלכלנים יודיעו שהמשק צמח). לצורת הניתוח הזאת יש השלכות אפשריות רבות (שלא כאן המקום לפרט): לדוגמא אפשר להגיע מכאן לחסם עליון לצמיחה, להכרה בקשר בין צמיחה גדלה להרס סביבתי מתפשט, או להיפוך תפקידים – המערכת הכלכלית לא רק תקבע "כמה" סביבה תישאר, אלא גם שהמערכת הביוספרית תקבע כמה מהכלכלה תשרוד.

ערכים קשורים

לטובת הכלל