הצגת המקור של הדף "עקרון ההספק המקסימלי"

[[קובץ:MaximumPowerESL.gif|ממוזער|400px|עקרון ההספק המקסימלי בשפת מערכות אנרגיה.]]
'''עקרון ההספק המקסימלי''' (באנגלית: '''Maximum Power principle''') הוא רעיון לפיו [[מערכות מורכבות|מערכות]] הנמצאות בתהליך [[אבולוציה|אבולוציוני]], שואפות למצב בו זרם [[אנרגיה|האנרגיה]] העובר דרכן הוא בגודל מקסימלי. המושג הוצע כעקרון הרביעי של אנרגטיקה ושל [[תרמודינמיקה]] של [[מערכות מפזרות|מערכות פתוחות]]. 

==היסטוריה== 
צ'ן העיר כי רעיון זה הוצע באופן זמני על ידי [[אלפרד לוטקה]] בשנת 1922. רעיון זה פותח בהמשך על ידי אקולוג המערכות [[האווארד ת. אודום]] בשיתוף פעולה עם המהנדס הכימי ריצ'ארד סי. פינקרטון (Richard C. Pinkerton). לאחר מכן קידם את הרעיון המהנדס מיירון טריבוס (Myron Tribus). טריבוס הולך בעקבות הבחנות דומות (על ידי לייבניץ וולטרה לדוגמה), שבוצעו במהלך ההיסטוריה של הפילוסופיה של הטבע. 

במערכות כוח חשמליות קיים [[חוק אוהם]], וקיימת התאוריה המשוייכת אליו של מקסימום הספק חשמלי.[http://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_theorem]

הגישה של אודום ופינקרטון היתה ליישם את חוק אוהם והרעיון של הספק מקסימלי ל[[מערכות אקולוגיות]]. בדרך זו, הם השתמשו ברעיון של הספק מקסימלי כעקרון שמתאר באופן כמותי את החוק של אבולוציה ביולוגית. אודום ופינקרטון הגדירו "הספק" במונחים חשמליים כקצב של עבודה, כאשר עבודה מובנת כ"טרנספורמציה מועילה של אנרגיה". המושג של הספק מקסימלי יכול לכן להיות מוגדר כקצב '''המקסימלי '''של המרה '''מועילה''' של אנרגיה. גישה זו מניחה מראש ראיה אנלוגית המסתכלת על העולם כמנוע אקולוגי-אלקטרוני-כלכלי.

==הגדרה במילים==
{{ציטוט|תוכן= עקרון ההספק המירבי יכול להיות מנוסח כך: במהלך התארגנות עצמית, עיצובי מערכת מתפתחים ומנצחים באופן שהם ממקסמים את הצריכה של כוח, המרת אנרגיה ושימושים שמחזקים ייצור ויעילות.|מקור=[[האווארד אודום]], 1995, עמוד 311.}}

==הסבר העקרון==
[[קובץ:Atwood.png|220px|ממוזער|איור של "מכונת אוטווד". המסה ''m<sub>1</sub>'' מאיצה כלפי מטה ומושכת למעלה את ''m<sub>2</sub>'' המכונה מדגימה את הקשר בין יעילות אנרגטית לבין הספק. אם נאט את המערכת מאוד היא תהיה יעילה יותר, אבל כך נפיק פחות הספק.]]

אודום השתמש בעקרון האנרגיה של לוקטה כקריטריון אבולוציוני במערכות. הוא הבדיל בין [[יעילות אנרגטית]] (היחס בין תפוקות מועילות לסך התשומות) במערכות, לבין ה[[הספק]] (הקצב בו מתבצעת עבודה מועילה) וקישר בין שני המושגים האלה. 

כאשר היעילות האנרגטית היא אפס, גם ההספק הוא אפס בגלל שלא מתבצעת כל עבודה מועילה. אבל גם במצב של יעילות אנרגטית מקסימלית, ההספק הוא אפס. הדבר נובע מ[[החוק השני של התרמודינמיקה]] שקובע שכדי להגיע ליעילות מקסימלית יש להניע תהליכים בצורה הניתנת להיפוך בזמן, או בצורה איטית בצורה אינסופית. לפיכך, הקצב בו מתבצעת עבודה שואף לאפס. ברמת יעילות אנרגטית שנמצאת אי שם באמצע, ובה יש "בזבוז" משמעותי של אקסרגיה, קיימת נקודת היעילות שבה יש הספק מקסימלי. 

===מכונת אוטווד===
דוגמה פשוטה לכך היא מכונת אוטווד ([http://en.wikipedia.org/wiki/Atwood_machine Atwood’s machine]). ב"מכונה" זו קיים משקולת אחת שקשורה לחבל שעובר דרך גלגלת וקשור בקצהו השני למשקולת אחרת, שנמשכת על ידי המשקולת הראשונה. 

* כאשר אין משקולת שקשורה לצד התחתון, המשקולת העליונה נופלת מהר מאוד אבל לא נעשתה שום עבודה בגלל ששום דבר לא הורם. אנו נמצאים במערכת שיש בה אפס יעילות אנרגטית ואפס הספק. 
* כאשר קושרים משקולת במשקל זהה לזו של המשקולת הראשונה, המערכת נמצאת ביעילות מקסימלית, אבל קצב עשיית העבודה הוא אפס בגלל שהמשקולת התחתונה לא זזה בגלל איזון בין המשקולות. 
* כאשר המשקולת הכבדה (המושכת) היא בעלת משקל של כפול מזה של המשקולת הנמשכת, המערכת ממקסמת את הקצב של עשיית עבודה, או את ההספק וזאת על חשבון היעילות האנרגטית.

==השלכות==
השלכות העיקרון הן שב[[מערכות מורכבות]], כולל [[כלכלה|במערכות כלכליות]] וב[[מערכות אקולוגיות]], מערכים או גופים שבהם מתקיים מיקסום של הספק (ולא של יעילות אנרגטית) יהנו מיתרון אבולוציוני. 

[[מערכת דיאספטית|פיזור]] [[אנטרופיה]] הוא דבר חיוני עבור השרידה של מערכות חיות, וקיים גבול ליעילות של פיזור זה במערכות דינמיות אדפטיביות. גבולות יעילות אלה הם ברמות נמוכות בהרבה מאשר הרמות התאורטיות האפשריות בקצב [[תהליך בלתי הפיך|בר-הופכיות בזמן]] (כלומר איטי בצורה אינסופית). 

לדוגמה, [[תחנות כוח]] עובדות בקרבה גדולה יותר להספק מקסימלי מאשר לזו של יעילות אנרגטית מקסימלית.

עידון של העיקרון הוא שיש טרייד אוף בין יעילות אנרגטית לבין מדדים אחרים של הגדלת ההספק. 

הגדלת [[פריון חקלאי|הפריון החקלאי]] של גידול חקלאי נתון ביחס לתא שטח, הוא מקרה פרטי של הגדלת ההספק - כמה שיותר גידול של ביומסה (בחלק המועיל או האיכל של הצמח) בזמן נתון. אפשר להגדיל את הפריון החקלאי על ידי הכנסת עוד תשומות, כגון דשנים שמצריכים השקעת אנרגיה ממקורות אחרים. 

דוגמאות אחרות להגדלת הספק הם גידול של [[דלק ביולוגי]] במסגרת חקלאות תעשייתית מבוססת נפט וגז טבעי, קומפוסטר חשמלי (לעומת הכנת [[קומפוסט]] באמצעות קומפוסטר רגיל), עיבוד חקלאי, בישול מזון בתנור גז-בישול או חשמל (לעומת [[תנור שמש]]) בכל המקרים האלה מגדילים את ההספק על ידי השקעה של אנרגיה נוספת.

==הצעות לעקרון ההספק המקסימלי כחוק הרביעי של התרמודינמיקה==
[[אלפרד לוטקה]] 1922 א' עמוד 147.
{{ציטוט|תוכן=לודוויג בולצמן הצביע על כך שהאובייקט עליו רבים במאבק לחיים, באבולוציה של העולם האורגני, הוא אנרגיה זמינה. בתאום עם הבחנה זו הוא העיקרון לפיו, במאבק להישרדות, היתרון חייב ללכת לאורגניזמים שאמצעי לכידת האנרגיה שלו הינם היעילים ביותר להכוונת אנרגיה זמינה לערוצים שמעודדים את שימור המין.}}

==קשר לחוק השני של התרמודינמיקה==
{{הפניה לערך מורחב|החוק השני של התרמודינמיקה}}
קיי ושניידר טוענים במאמר משנת 1994 כי עקרון ההספק המקסימלי מוסבר על ידי ההגדרה המחודשת שלהם לחוק השני של התרמודינמיקה, שמספקת הגדרה גם למערכות תרמודינמיות רחוקות משיווי משקל, ולפיכך "החוק הרביעי" הוא פשוט נגזרת של החוק השני. 

==ראו גם==
* [[יעילות]]

==קישורים חיצוניים==
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_principle עקרון ההספק המקסימלי] בוויקיפדיה האנגלית 
* [http://www.eoearth.org/article/Maximum_power_principle עקרון ההספק המקסימלי] ב[[אנציקלופדיית כדור הארץ]]

{{מערכות מורכבות}}
{{אנרגיה}}
[[קטגוריה:כלכלה אקולוגית]]
[[קטגוריה:מערכות]]
[[קטגוריה:כלכלה אבולוציונית]]
[[קטגוריה:אנרגיה]]