سرعت زیر صوتی

وقتی سرعت موشک کمتر از یک ماخ است،‌ سرعت آن زیر صوت می باشد،‌ در این صورت امواج ضربه ای حاصله در جلوی آن قرار می گیرند و یا امواج پیش از موشک حرکت می نمایند. این امواج هر اندازه از موشک یا پرنده در حال پرواز دور شوند تاثیر مهمی در نیروی آیرودینامیکی ندارند. سرعت زیر صوت همه سرعت های پرواز کمتر از 85 درصد ماخ را شامل می شود.

سرعت فراصوت

چنانچه سرعت موشک سیر صعودی را طی نماید،‌ به تناسب ازدیاد سرعت،‌ موشک به امواج ضربه ای ناشی از سرعت خود در هوا نزدیک تر می شود. با نزدیک تر شدن سرعت موشک به سرعت صوت حالتی بوجود می آید که هنوز امواج تولیدی از موشک دور نشده اند،‌ امواج بعدی می رسد تا اینکه وقتی سرعت موشک به سرعت صوت رسید،‌دیگر امواج تولیدی توسط موشک یا هواپیما فرصت دور شدن و جدایی از لبه ی حمله را ندارند، چون در این حالت سرعت موشک با سرعت صوت برابر است.

در این حالت،‌ امواج جلوی موشک متراکم و جرم مخصوص فشار هوا و سرعت آن در این منطقه زیاد می شود. نیروی پسای وارده بر این سرعت به نام سد صوتی نامیده می شود. پیدایش موشک یا هواپیما با موتور قوی ثابت کرده که عملا عبور از این سرعت بسیار آسان و عادیست. با افزایش سرعت در اندازه های بیش از یک ماخ (1.2) به تدریج از مقدار ضریب پسا کاسته می شود. تا اینکه در سرعت 2.3 ماخ ضریب پسا به مقدار ثابتی نزدیک به دو برابر مقداری که در سرعت های کمتر از سرعت صوت داشته می رسد.

در این سرعت امواج ضربه ای حاصله در عقب موشک قرار می گیرند. کم کردن قطر بدنه و ضخامت بال ها ( تغییرات آیرودینامیکی) در این سرعت (مافوق صوت) تا سرعت 5 ماخ را شامل می شود.

سرعت ماورای صوت

این سرعت به طور معمول ، سرعت های بیش از 5 ماخ را شامل می شود. آنچه سرعت های فراصوتی و ماورای صوت، قابل توجه است،‌ مشکل حرارتی می باشد. برخورد و تصادف مولکول های هوا با پوسته خارجی موشک در محدوده ی این سرعت ها آنچنان شدید است که دمای بدنه به سرعت افزایش پیدا می کند،‌به طوریکه در ابتدای ورود به سرعت مافوق صوت (5 ماخ) دما به 600 درجه ی سانتیگراد و در بعضی قسمت ها به 1000 درجه ی سانتیگراد می رسد. بدیهی است ، این مقدار حرارت، مواد ساختمانی معمولی را ذوب می نماید. برای رفع این نقیصه در موشک، استفاده از فلزات و آلیا ‍ ‍ ‍ ‍ ‍ ‍ ‍ زهای فلزی و سایر ترکیبات شیمیایی که در برابر دما مقاومت زیاد داشته باشند،‌ ضروری است. با این  همه برای مقابله با این حرارت از سیستم های خنک کننده نیز استفاده می شود.

عامل مهم دیگر در مطالعات آیرودینامیکی مربوط به سرعت های فراصوتی و مافوق صوت،‌ ضرورت استفاده از تجهیزات آزمایشی مخصوص نظیر تونل باد می یاشد. برای کسب دقیق ضرایب آیرودینامیکی،‌استفاده از تونل باد الزامی است.

بایستی توجه شود مدلهایی که از یک موشک با هواپیمای واقعی برای مطالعه آیرودینامیکی تهیه می شود،‌ باید به مدل واقعی بسیار نزدیک باشد و از این لحاظ هرچه اندازه ابعاد مدل انتخابی به شکل واقعی و حقیقی موشک نزدیک تر باشد،‌ضرایب آیرودینامیکی به دست آمده به مقدار حقیقی نزدیک تر و قابل اطمینان می باشد.

باید به این نکته توجه کرد که موشک های بالستیک قاره پیما و برد متوسط که دارای آیرودینامیک سرعت زیاد

هستند تحت تاثیر طراحی اولیه یا مسیر مرجع از پروفایل استاندارد تبعیت می نمایند که نشان دهنده وضعیت مناسب یا دقت هدایت موشک است و لذا مسیری را که موشک عملا می پیماید،‌ با مسیری که از پیش تعیین شده متفاوت است و آن به علت اثر باد و یا عدم تنظیم تراست می باشد.

باید توجه داشت خط مسیر موشک بالستیک به 4 بخش زیر تقسیم می شود:

* فاز مربوط به موتور اصلی

* فاز مربوط به موتور ورنیر( موتور ورنیر راکتیست که در فاز نهایی موشک های بالستیک باعث تنظیم سرعت آن می شود)

* فاز فضای پروازی

* فاز شیرجه یا ورود یا برگشت و نهایتا اصابت

 منبع: تبیان

به گزارش خبرگزاری مهر، بیشتر اوقات حد تصور انسان از عظمت جهان هستی دستخوش فراموشی می شود و به تدریج بزرگی برخی از رویدادهای طبیعی از یادها رفته و حتی گاه این رویدادها کوچک شمرده می شوند.

عظیمترین اجرامی که در جهان وجود دارند را بر روی زمین نمی توان یافت، زیرا فراتر از مرزهای جو زمین، حقایقی وجود دارند که سیاره کوچک آبی در برابرشان ذره ای غیر قابل مشاهده است.

عظیمترین سیاره جهان

سیاره مشتری از نظر بزرگی بر دیگر سیاره های سامانه خورشیدی حکمرانی می کند، مانند بسیاری از سیاره هایی که ابعاد آنها از حد استاندارد گذشته است، مشتری نیز سیاره ای گازی است که از هلیوم و هیدروژن ساخته شده است، با این همه تا به حال سیاره ای گازی تر و عظیم تر از مشتری نیز کشف شده است، سیاره TrES-4 که در سال 2006 در مدار ستاره ای درخشان در فاصله هزار و 500 سال نوری از زمین کشف شد. قطر این سیاره 1.8 برابر سیاره مشتری بود و از این رو به عنوان بزرگترین سیاره ای شناخته می شد که تا به حال رصد شده است.

با اینهمه جرم این سیاره تنها 88 درصد از جرم کل مشتری است و  تراکم آن 0.2 گرم در سانتیمتر مکعب است که این تراکم آن را از چوب پنبه سبک تر می کند. از آنجایی که روند مطالعات علمی توقف ناپذیر است، رصدهای جدیدتر منجر به کشف سیاره ای بزرگتر شده است که از سیاره TrES-4 نیز بزرگتر است، سیاره WASP-17b در فاصله هزار سال نوری از زمین واقع شده و شعاع آن دوبرابر مشتری است، در حالی که جرم و تراکم آن نیمی از جرم مشتری محاسبه شده است.

بزرگترین سازه مصنوعی

تا زمانی که یک فضاپیمای غول پیکر و بیگانه در آسمان زمین مشاهده نشود، تا به امروز عظیمترین سازه مصنوعی جهان ایستگاه فضایی بین المللی است که 370 تن وزن داشته و 109 متر وسعت دارد.

بزرگترین کهکشان

بر اساس روند شکل گیری کهکشانها در مدل استاندارد، بزرگترین کهکشانها، کهکشانهای بیضی شکلی هستند که از برخورد کهکشانهای کوچکتر شکل می گیرند. بزرگترین نمونه کهکشان IC1101 است که در فاصله یک میلیارد سال نوری در مرکز خوشه کهکشانی Abell 2029 قرار گرفته است.

این کهکشان 6 میلیون سال نوری وسعت داشته و هزاران برابر از کهکشان راه شیری عظیمتر است.

بزرگترین حفره

عنوان بزرگترین حفره جهان به یک سیاهچاله عظیم اختصاص ندارد، بلکه به فضای تاریک وسیعتری خطاب می شود. در بزرگترین فضایی که تا کنون مورد بررسی قرار گرفته است، کهکشانها از دیواره ها و گره هایی در وسعت چند میلیون سال نوری ساخته شده است که حفره ای در میان آن قرار دارد.

بزرگترین حفره خلائی که تا به حال در میان یک کهکشان یافته شده، حفره ای است که در سال 2007 کشف شده و وسعتی برابر یک میلیارد سال نوری دارد. گمان می رود این حفره توخالی به واسطه برخورد بسیار نزدیکی با جهانی دیگر به وجود آمده باشد.

بزرگترین ستاره

در این جهان بزرگ ستاره ای به نام VY Canis Majoris در فاصله پنج هزار سال نوری از زمین وجود دارد که می تواند با ابعادی هشت میلیارد برابر ستاره سامانه خورشیدی، خورشید زمین را به راحتی ببلعد.

قطر تخمینی این ستاره سه میلیارد کیلومتر است، شعاعی که این ستاره را در رده معدود ستاره هایی قرار داده است که به فوق ابرستاره های سرخ شهرت دارند. با این همه بسیاری بر سر ابعاد این ستاره بحث دارند و آن را یک میلیارد کیلومتر محاسبه کرده اند.

منبع : خبرگذاری مهر

ارسال توسط : محبوبه رضی کاظمی

تا چند سال پیش همه تصور میکردند که پیل الکتریکی را نخستین بار دانشمند ایتالیایی لوییجی گالوانی در سال 1786 اختراع کرد.گالوانی از قرار دادن دو فلز در آب نمک جریان برق بدست آورد. چقدر مایه تعجب است وقتی میبینیم که بر حسب تصادف ،گالوانی هم برای ساختن پیل همان فلزهایی را استفاده کرد که 1800 سال پیش از وی ایرانیان برای ساختن پیل بکار برده بودند.

 پیل مورد استفاده ایرانیان در قریه ای در اطراف بغداد به دست آمده است.باستان شناسانی که در آثار تمدن اشکانیان حفاری میکردند در کلبه یک کاهن یا کیمیاگر ایرانی تعداد زیادی از این پیلها به دست آوردند. باید در نظر داشت که در زمان فرمانروایی اشکانیان که از 250 سال قبل از میلاد مسیح تا 226 سال بعد از میلاد ادامه داشت قسمت مهمی از کشور فعلی عراق و منجمله نواحی بغداد جز امپراطوری ایران محسوب می شد.

 برای نخستین بار یک باستانشناس آلمانی به نام ویلهلم کونیک یک پیل الکتریکی اشکانیان را 20 سال پیش در مرز عراق و ایران کشف کرد و هنگامی که آن را به موزه برلین برد مشاهده کرد که دوستانش نیر قطعات شکسته و خورد شده نظیر این پیل را پیش تر به موزه آورده اند. باستان شناس آلمانی پس از مدتی حدس زد که شاید این جسم عجیب یک پیل الکتریکی بوده است ولی دوستانش در این مورد تردید داشتند تا آنکه او پس از سالیان دراز تحقیق عاقبت موفق شد در خرابه های شهر سلوکیه متعلق به اشکانیان آلات دیگری کشف کند که حدس قبلی او را تایید نمود.

 این دانشمند در حفاری های خود مقدار زیادی از این پیلها را پیدا کرد که به وسیله میله های برنزی به یکدیگر متصل بودند و در آخر فقط دو سیم از ترکیب آنها بوجود آمده بود و سر این دو سیم به دستگاه دیگری فرو رفته بود. کونیک مشاهدات خود را در کتابی منتشر ساخت.تا آنکه افکارش در سراسر جهان پخش شد و پس از آزمایشهای فراوانی که در این مورد به عمل آمد ، سرانجام چندی پیش یک مهندس امریکایی به نام ویلاردگری ثابت کرد که این دستگاه عجیب را اشکانیان برای آب دادن فلزات بخصوص طلا و نقره بکار می برده اند.

گری در گزارش خود می نویسد:«اشکانیان از اتصال این پیلها به یکدیگر مقدار قابل توجهی نیروی برق بدست می آوردند و آن را به وسیله دو سیم وارد دستگاه آبکاری کرده و با استفاده از املاح طلا و نقره ، دستبند ها و زینت آلات خود را آب طلا و نقره میدادند که امروز گالوانو پلاستی یا آبکاری الکتریکی می نامند.»

 در آن زمان کیمیاگران و جواهرسازان باستانی که به اینکار می پرداختند ساختمان پیل را نیز مانند سایر معلومات خویش به عنوان یک راز مگو تلقی کرده و جز به اهل فن به کسی ابراز نمی داشتند و در نتیجه از این اختراع جز کاهنها و کیمیاگران ، دیگران اطلاع نداشتند.

ترمودینامیک و پراگماتیسم

THERMODYNAMICS   &   PRAGMATISM 

چکیده: در این مقاله نشان داده می شود که مباحث مرتبط با ترمودینامیک مهندسی,  اساساً بر بر پایهء دیدگاههای مسلک اصالت عمل (پراگماتیسم) بنا شده اند.

آیا سیکل کارنو صرفاً مدلی ذهنی است و الی الابد هیچ نتیجهء عرضی دربر نخواهد داشت؟ آیا دستیابی به کارایی صد درصد, مستلزم  نقض قانون دوم ترمودینامیک است؟ در این نوشتار, پرسشهایی از این دست, تحلیل و بررسی می گردد.

مقدمه  

      پرسشهای فلسفی گسترده ای پیرامون ترمودینامیک وجود دارد که تحلیل آنها غالباً در حوزه مباحث فلسفهء علم جای می گیرد. ترمودینامیک  ,آنجا که در قالب مسائل مطروحه مهندسی ارائه می گردد بیشتربه جنبه های عملگرایانه ودیدگاههای مبتنی برپراگماتیسم pragmatism)) می پردازد . بدین معنا که فلسفه های "کنه گرا" و اسکولاستیک (scholastic) که به ماهیات و هلیات می پردازند  در ترمودینامیک مهندسی دیده  نمیشوند.  " فلسفهء پراگماتیسم, به جای آنکه مبدأ اصل فکر و عقیده ای را بپرسد از نتایج و ثمرات آن جویا می شود, لحن کلام را از مقولات و مبادی  برمیگرداند و از عواقب و نتایج سوا ل می کند."[1].  در واقع پراگماتیسم,عطف نظر به عواقب و ثمرات و فوائد یک مبحث است. کلمه‌ پراگماتیسم (از کلمه یونانی پراگما به معنای عمل)  را نخستین بار چارلز پیرس(1914- 1839(Charles Pierce در مقاله معروفش با عنوان "چگونه می‌توان افکار خود را روشن ساخت"، به کار برده است. پیرس دراین مقاله ثابت می‌کند که برای بررسی یک فکر, کافی است به تعیین رفتاری که این فکر برمی‌انگیزاند، بپردازیم. در حقیقت پراگماتیسم, فلسفه ای است تمام عیارعلیه ایده آلیسم و کاوشهای عقلانی محض که هیچ فایده ای برای انسان ندارد. پراگماتیسم قائل به این است که حقیقت, امر جدایی از انسان نیست؛ بلکه تنها دلیل برای اینکه یک نظر درست یا حقیقی باشد و نظر دیگری باطل و خطا، این است که اولی در عمل به درد انسان بخورد و برای او کارآمد و موثر باشد و دیگری چنین نباشد. به این ترتیب، معنای صدق قضیه در پراگماتیسم تغییر می یابد . صدق هر گزاره، فقط توسط نتایج عملی آن سنجیده می شود نه در مقایسه با واقعیت خارجی .از این منظر, یک فکر یا عقیده تا وقتی که فقط عقیده است، بخودی خود نه صحیح است و نه غلط؛ بلکه فقط در جریان آزمایش و کار برد عملی آن , و فقط  برحسب نتایجی که از آن استحصال میشود، ارزش صدق و کذب پیدا می کند. بنابر این امکان رسیدن به حقیقت مطلق منتفی است. زیرا هم علم ، و هم مسائل و مشکلات ما همواره در حال تغییر است, پس در هر مرحله، حقیقت، آن چیزی خواهد بود که ما را قادر سازد تا به نحو رضایت بخش، مسائل و مشکلات جاری آن زمان را بررسی و حل کنیم .در مکتب پراگماتیسم، افکار و عقاید همچون ابزارهایی هستند برای حل مسائل و مشکلات بشر؛ تا زمانی که اثر مفیدی دارند، صحیح و حقیقی اند و پس از آن  خطا  و نادرست می شوند. بدین ترتیب , ممکن است عقیده ای طی مدتی  موثرواقع شود  و از این رو حقیقی باشد؛ لیکن ممکن است بعدها نتایج رضایت بخشی نداشته باشد و به نظریه ای باطل و خطا تبدیل گردد. پراگماتیسم  ,وجود را منوط به  نتیجه می داند و هر اصالتی را بر حسب نتیجه ای که می دهد ارزش گذاری می کند . در حقیقت, پراگماتیسم وجود را بدون نتیجه ، عدم میداند و حتی لزوم  بررسی هم برای آن قائل نمی شود. ایده آ ل سازی در محاسبات ترمودینامیکی , گواهی بر این مساله است که ترمودینامیک مهندسی برپایه دیدگاههای پراگماتیستی قرار دارد. چرا که اغلب, جنبه های عملی موضوعات را در نظر می گیرد و دیدگاههای اسکولاستیک به معنای جستجوی علت العلل درآن راهی ندارند.   زمانیکه مدلهای ذهنی اصطلاحاً غیرممکن در ترمودینامیک مهندسی طرح می گردد  بیشتر عطف به موضوع صرفه اقتصادی یا محدودیت ابزار می شود و سخنی از  عدم امکان مطلق آنها به میان نمی آید. بعبارت دیگر تعبیری که از اصطلاح "غیر ممکن" مد نظر است نوعاً متفاوت با مساله محالات ذاتی یا وقوعی assertoric  است.   

آیا مجادله فلسفی پیرامون  ترمودینامیک, بیهوده است؟

 آیا ممکن است  بحثها و مجادلات فلسفی پیرامون چنین مباحثی که در حیطه و قلمرو فلسفهء علم جای می گیرند اساساً پوچ و بیهوده باشند؟  صاحبنظران زبان شناسی علم تفسیر(Hermeneutics) نظیر پل ریکور و دوره اول ویتگنشتاین اعتقاد داشتند که مشاجرات فلسفی اصلاً درباره جهان نیستند وفقط نوعی بحث زبان شناسی هستند. در نتیجه برای آنها هرگونه فلسفه, بیشتر برای به دورافکندن فلسفه بود تا اینکه مثلاً در جهت تدوین مسائل فلسفه علم باشد.  " اگر جبر منطقی یعنی جبر حاکم بر عالم گفتار مباحث و الفاظ, جای خود را به به امر دیگری واگذارد که نه فقط بر گفتار و لفظ بلکه بر واقعیت هم حاکم باشد این امر چه خواهد بود؟ "[2]   ویا طرفداران مکتب فرا استراکتورالیسم(post structuralism)  و شخص میشل فوکو امکان مباحثی تحت عنوان فلسفه علم را باطل می دانند. پوزیتیویستها (positivists)  نیز قدرت علم را تا حدی زیاد می دانند که نیاز به هرگونه فلسفه ای را باطل تلقی می کنند . از دیدگاه آنان این بحثها بیشتر, نوعی "خیالبافی فیزیکی" است. از این رو _ رودلف کارناپ_ که در تاریخ فلسفه علم معاصر به عنوان یک پوزیتیویست شناخته می شود پایان عمر متافیزیک را در 1930 نشان داد و هرگونه مجادله فلسفی در این زمینه را پوچ و بیهوده اعلام کرد. در اگزیستانسیالیسم دو دیدگاه رایج در این باب وجود دارد. اگزیستانسیالیست هایی نظیر هایدگر, طبیعت را موضوع تعمق فلسفی می دانند و در نتیجه به نوعی پرداختن به فلسفه علم را می پذیرند. در حالیکه مکتب اگزیستانسیالیسم ژان پل سارتر موضوع چنین بحث های فلسفی را خود آگاهی انسان می داند. در هر حال دیدگاههای  متفاوتی نسبت به حقانیت مباحث (Discourse) فلسفه علم وجود دارد. برخی این مجادلات را بیهوده و یا یک جدل بی حاصل صرفاً زبانی ارزیابی کرده اند و برخی دیگر پرداختن به این مسائل را جستجوی اساسی ترین پرسشهای فلسفی دانسته اند. موضوع این نوشتار تحلیل دیدگاههایی است که حقانیت مبحث فلسفه علم را پذیرفته اند. فلسفه علم از نظر آنچه نتایج فلسفی علوم است به بخشهای مختلفی تقسیم می شود. مسائل مرتبط با متافیزیک, مسائل معرفت شناختی(Epistemology) نظیر تئوری های شناخت و مبانی و پیش فرضهای فلسفی و دسته بندی موضوع  شناخت بین عینیت و ذهنیت, یا مسائل ارزش شناختی(Axiology) و الی آخر. اما چگونگی شکل گیری تئوریهای علمی یکی از مهمترین موضوعات مورد توجه در فلسفه علم می باشد . مساله چگونگی شکل گیری تئوریهای علمی , مشتمل بر دونظریه اصلی میباشد _ یکی  نظریه توماس کوهن(T.Kuhn) ودیگری نظریه کارل پوپرK.popper)) _  نظریه توماس کوهن تحت عنوان نظریه سوبژکتیویستی  یا ذهنیت گرایانه((subjectivity و همچنین  نظریه کارل پوپرکه در کتاب دانش عینی _ive knowledge_  بیان شده است  بیشتر به نام نظریه ابژکتیویستی یا عینیت   گرایانه(ivity) شهرت دارد. کوهن اعتقاد داشت که "علوم بر مبنای پارادایم (paradigm) با سرمشق های معین جلو می روند. این سرمشق ها پیش فرض های قبول شده ای هستند که در حل مسائل مورد تحقیق , هیچگاه مورد تردید واقع نمیشوند"[3].  مثلاً در پارادایم نیوتنی , زمان و مکان مستقل از یکدیگر وجود خارجی  داشته و نیرو در این سیستم برابر است با حاصلضرب جرم در شتاب. اما این پیش فرض های از پیش قبول شده بر دانش حضوری یا همان ادراک شهودی (Intuitive reasoning) تکیه دارند که چندان محل اطمینان و یقین نیست. از همین روست که امکان دارد سرمشقهای شهودی در پارادایم ها که در یک زمان کاملاً بدیهی بوده  در زمان دیگر  اعتباری نداشته باشند. بعنوان مثال  پس از ارائه نظریه  نسبیت, " فرض فیزیک کلاسیک در مورد مطلق بودن همزمانی ,که بر مبنای بدیهیات اولیه و فرضهای پیش آزمونی قرار داشت"[4]  دیگر یک بدیهی بی نیاز از تحلیل محسوب نمی شود.  توماس کوهن می گوید هرگاه تعداد زیادی از مسائل تحقیق, خود پارادایم را زیر سوال ببرند شرایط بحرانی پیش آمده و در این حالت به تدریج پارادایم جدیدی شکل می گیرد که جایگزین پارادایم قدیمی میگردد. (مثل جایگزینی تئوری نسبیت اینشتین به جای تئوری های مکانیک نیوتنی) . از این رو مطابق با نظریه ذهنیت گرایانه کوهن, واقعیت های عینی, هرگز نتایج تئوریک فلسفی به بار نمی آورند وبه بیان دیگر این  ذهنیت است که برعینیت تقدم دارد. در ترمودینامیک با مفاهیمی نظیر مدل ایده آل سیکل کارنو یا سیکلهای معادل آن روبرو هستیم که گفته می شود هیچ نتیجه عینی در بر ندارند.  و این درحالیست که عملی نبودن سیکلهای معادل سیکل کارنو , بیشتر از جنبه مواجهه با محدودیت عمل ابزارهای مورد استفاده می باشد نه ازاین بابت که مدلهای ذهنی مذکور, اساساً امکان عملی شدن نداشته باشند. بنابراین می توان تصور کرد که روزی انسان بتواند  بر محدودیتهای سد راه عملی شدن برخی از مدلهای ترمودینامیکی, غلبه کند وتجارب بعدی تدریجاً به شکل گیری پارادایم جدیدی منجر شود و حتی اصول مسلمه ترمودینامیک کلاسیک نیز مورد تردید قرار گیرند. هیچ استبعادی ندارد روزی ابزارها و سیستمهایی طراحی شوند که محدودیتهای کنونی را نداشته باشد یا شیوه هایی ابداع شود که به کمک آنها عبور ازمحدودیت و الزام  قانون دوم ترمودینامیک به نوعی ممکن شود. وشاید در آنصورت  تحولات شگرفی در زندگی انسان بوجود بیاید . از این رو این امکان وجود دارد  که مجادله کنونی پیرامون تعابیر فلسفی ترمودینامیک , در آینده به شکل گیری پارادایم جدیدی منجر شود و از دیدگاه  پراگماتیسم, دستاوردهای عملی نیز داشته باشد.

امکان و تحقق سیکل کارنو

 در این بخش به بررسی مساله امکان (possibility) و یا تحقق سیکل کارنو و بعبارتی به تحلیل برهان وجودی( (ontological  proof سیکل کارنو می پردازیم . آیا مفهومی به نام سیکل کارنو وجود (existence)  دارد یا اینکه این مدل , صرفاً یک تصوریا تخیل (imagination) در ذهن انسان است؟ اصطلاح وجود داشتن در اینجا قدری محل مناقشه است. چرا که تصور چیزی( یا امری) یا حتی تصور خصوصیاتی برای چیزی، منجر به ضرورت (necessity) وجود آن نمیشود. آنچه که بر وجود دلالت می کند  تجربهء خصوصیات معینی از آن چیز است که منجر به ضرورت و ایجاب (affirmative) وجود میشود. وجود  درخود، دارای نوعی تمامیت  ( (totalityاست , اما  تمامیت آن نزد ما آشکار نیست و البته همین دال بر وجود آن است. استقلال و خودایستایی وجود، امری اساسی است. اگرچنین نباشد، امرموجود، ثانوی وعَرَضی ((accidental است. برای تحلیل این پرسش  که آیا  سیکل کارنو یک چیز موجود است یا خیر باید به تبیین مساله وجود بپردازیم. برای وجود  سه خاصه مطرح می گردد که عبارت اند از:

                الف) دگرگونی و تغییر(becoming)

                 ب) اثرگذاری و اثرپذیری (interaction)

                 ج) خودایستایی و خوداتکایی

هرقدر برتری امری  از نظر ماهیت، بیشتر باشد، آنگاه احتمال و امکان وقوع یا بالفعل (actual)  بودن و واقعیت داشتن آنreality)) به همان میزان کمتر است. باید دقت کرد که وجود، یک صفت  و یا به بیان  دیگر, یک محمول (predicate)  حقیقی نیست. آیا مدل ایده آل سیکل کارنو موجودی است واجد همه صفات ایجابی واساساً هیچ ما به ازاء واقعی می تواند داشته باشد؟ باید گفت فقط وجود عینی و حاضر در جهان، بالضروره هست و انکار وجود آن نیز مستلزم تناقض ؛ اگر موجودی عینیت داشته باشد، وجود برای آن ضرورت است.البته امانوئل  کانت,  ثابت می کند که مفهوم   "موجودی که بالضروره وجود دارد"  وجود ندارد و بیان می دارد   موجودی که انکار وجود آن مستلزم تناقض باشد، فاقد مفهوم است. مثلاً یکی از براهین کانت در این باب این است که گزاره ها propositions))  و قضایای theorems))  وجودی، ترکیبی (synthetic)  هستند، نه تحلیلی ((analytic.  بنابراین، انکارآنها منجر به تناقض نمی شود. اما  درقضایای تحلیلی، محمول ازقبل در مفهوم ِموضوع  (subject)  مندرج است، ازاینرو انکارآنها مستلزم تناقض است. در برهان آنسلم (Anselmus) که به برهان وجودی (ontological argument)  معروف است میخوانیم  " وجود عینی عالی تراز وجود ذهنی است، اما وجود ذهنی می تواند واجد خاصه های خیالی برتری باشد که وجود عینی فاقد آنهاست."    به هر ترتیب , وجود ذهنی در مخیله می گنجد و می توان آن را تصور کرد.  فی المثل  کارایی صددرصد برای ما قابل تصور است و دست کم می توانیم بگوییم که در ذهن موجود است. اما کارایی بیش از صد در صد را حتی تصور هم نمی توان کرد. تصور صورت اعلای کارایی یک سیکل ترمودینامیکی در ذهن ما کارایی  صددرصد است و بیش از آن, چه درذهن و چه خارج ازذهن، قابل تصورنیست. کارایی صد درصد هرچند ازنظرعینی, هیچ و عدم باشد ، لااقل  قابل تصوراست. (اگرچه که ازوجود ذهنی چیزی یا امری, نمی توان وجود عینی آن را نتیجه گرفت). مفاهیمی هستند که حتی تصور هم نمی شوند. مثل کارایی بیشتر از صددرصد یا وجود عالی ترین موجود, مفهوم عالی ترین موجود حتی درذهن هم قابل تصورنیست، زیرا هرچه را درذهن تصورکنیم، بازهم عالی ترازآن را می توان تصور کرد. یا مثال دیگر اینکه  هرقدرعدد بزرگی را تصورکنیم، بازهم عدد بزرگترازآن را می توان درنظر گرفت، اما عدد بی نهایت بزرگ یا بزرگترین عدد, وجود ندارد.  این مفاهیم  فاقد حد هستند  و بنابراین, هم غیرقابل تصور و هم ازنظرعینی هیچ و عدم اند . مفاهیم این چنینی , از دسته موهومات و سفسطه ها ( (fallacyهستند. وقتی امری قابل درک یا تصور نباشد، قابل بیان هم نیست. شاید پرسیده شود پس جنبه های نامتناهی برخی از مفاهیم عینی، چگونه شکل می گیرند؟ در پاسخ باید گفت برداشتهای غیرقابل تصور از امور عینی , برخاسته ازشیوه برخورد یا نحوه تبیین ماست. هرامرعینی، اگرچه دریک یا چند جنبه، نامتناهی و غیرقابل تصور باشد، حداقل دریک یا چند جنبه، متناهی و قابل تصوراست واتفاقاً همین امر هم هست که  آن را عینی و موجود می سازد برای مثال: عدد گنگِ(irrational number ) 2?  وقتی بصورت یک عدد اعشاری، یعنی ...4142135/1 بیان می شود، این رشته، نامتناهی وغیرقابل تصوراست، اما وقتی که تحت عنوان وتر یک مثلث قائم الزاویه ی متساوی الساقین که طول هرساقِ آن یک واحد است بیان شود، کاملاً قابل تصور وعینی می گردد. "هرچیزی که فکر درباره آن می اندیشد چه به طور واضح مستدل باشد و یا نباشد, یک واقعیت است. در عین حال که ممکن است باطل و کذب باشد و یا به وضوح مدلل, ولی همچنان یک واقعیت است... دربارهء Actuality باید گفت آیا  Thing واقعیت دارد؟آیا حضورش یک واقعیت مسلم است؟ طبق فرهنگ لغات, واژهء Fact یعنی آنچه که عملاً و به عینیت اتفاق افتاده است" [6]  مطابق آنچه که گفته شد سیکل کارنو نوعاً واقعی (real) است.

و دست کم وجود ذهنی آن را نمی توان انکار کرد. ضمن آنکه دانستیم هر واقعیتی، لزوماً عینی نیست؛ و همچنین بررسی کردیم که هرگاه امری, قابل فهم و درک و قابل توضیح  و تصورنباشد، آن امراساساً وجود ندارد و بطور دقیق تر، واقعیت (reality)  ندارد.

 1.3 آیا دستیابی به کارایی صد درصد, مستلزم نقض قانون دوم ترمودینامیک است؟

 عوامل برگشت ناپذیری (Irreversibility)  سبب اتلاف انرژی شده و دستیابی به کارایی صددرصد را ناممکن می کنند. سؤالی که منطقاً مطرح می گردد این است که اگر موتور حرارتی(Heat engine) با کارایی صددرصد عملی نیست حداکثر کارایی قابل حصول چقدر است؟ در پاسخ به این پرسش باید فرآیند ایده آل را تعریف کرد که فرآیند بازگشت پذیر (Reversible) نامیده می شود. فرایند بازگشت پذیر برای سیستم به صورت  " فرآیندی که قابل بازگشت است و به گونه ای انجام می گیرد که هیچ گونه تغییری در سیستم یا محیط به جای نمی گذارد" [7] تعریف می گردد. از جمله عواملی که سبب بازگشت ناپذیری می شوند می توان چند عامل نظیر اصطکاک, انبساط آزاد, انتقال حرارت به دلیل اختلاف محدود درجه حرارت, اختلاط دو ماده مختلف, اثرات پسماند ,و اتلاف iR^2  در شبکه های الکتریکی و فرآیند احتراق را نام برد. اگر کارایی همه موتورهای حرارتی کمتر از %100 باشد در این صورت کاراترین سیکلی که در عمل می توان داشت چیست؟ چنین  برداشتی  دقیقاً بیانگروجود دیدگاههای مبتنی بر پراگماتیسم در ترمودینامیک مهندسی است. بر اساس این دیدگاه ,امید به ساخت و طراحی ماشین های حرکت دائم  PMM و نیز بهره برداری صددرصد از موتورهای حرارتی بی فایده تلقی شده  و به بیان دیگر  از ما  می خواهد که مناقشه بر سر کارایی صد درصد را اساسا ًکنار بگذاریم و در مقابل به آنچه عملاً  میسر و در دسترس است بپردازیم تا  بلکه برای ما دستاوردها و نتایج  عملی سودمند داشته باشد. اگر همه فرآیندهای یک سیکل ترمودینامیکی بازگشت پذیر باشند کاراترین سیکلی که می تواند بین دو منبع درجه حرارت ثابت عمل کند سیکل کارنو(carnot) است. در این حالت, سیکل نیز بازگشت پذیر خواهد بود و از این رو چنانچه سیکل معکوس گردد موتور حرارتی تبدیل به یخچال خواهد شد. سیکل کارنو چهار فرآیند اساسی را در بر می گیرد که شامل دو فرآیند دما ثابت بازگشت پذیر و نیز دو فرآیند آدیاباتیک بازگشت پذیر (آیزنتروپیک) می باشد. دو قضیه درباره کارایی سیکل کارنو وجود دارد که نشان می دهد نمی توانیم موتور بازگشت ناپذیری داشته باشیم که کارایی آن از موتور بازگشت پذیری که بین همان دو منبع کار می کند بیشتر باشد. (چنین فرضی به نقض قانون دوم ترمودینامیک منجر خواهد شد). و قضیه دیگر بیان می دارد که همه موتورهایی که در سیکل کارنو بین دو منبع درجه حرارت ثابت عمل می کنند دارای کارایی یکسانی خواهند بود. در این مورد فرض می شود سیکل کارنویی وجود دارد که کارایی آن از سیکل کارنوی دیگری که بین همان دو منبع کار می کند بیشتر است و در نهایت این فرض اولیه نیز به نقض قانون دوم ترمودینامیک می انجامد. ضمن آنکه استدلال نوعاً درستی داشته ایم تنها نتیجه ممکن این خواهد بود که  فرض اولیه نادرست بوده باشد. مغایرت فرآیندهای حقیقی با مدلهای ایده آل مربوط به عوامل برگشت ناپذیری است. بنابراین درمباحث ترمودینامیک مهندسی پذیرفته شده است که هرگز نمی توان بر عوامل برگشت ناپذیری غلبه کرد و از این رو دستیابی به کارایی صد در صد از اساس منتفی است. با این وصف سیکل کارنو صرفاً یک مدل ایده آل ذهنی است و تاکنون وجود عینی نداشته است. پس ترمودینامیک مهندسی تنها با سیکلهای مبنا سر و کار خواهد داشت و به "ملاحظاتی در مورد تعدیلات خاصی که هدف از آنها بهبود عملکرد در سیکلهای مبناست" می پردازد. نمونه هایی از این  تعدیلات در راستای افزایش کارایی سیکلهای مبنا را می توانیم در تعبیه و طراحی ابزار و تجهیزاتی نظیر بازیاب ها  و گرمکن آب تغذیه و … مشاهده کنیم.  نیروگاه های ساده بخار در سیکل رنکین کار می کنند که کارایی آن از کارایی سیکل کارنو کمتر است. به دو دلیل سیکل رنکین یک سیکل مبناست. اول اینکه در فرآیند پمپ کردن سیکل کارنو سیال کاری در ناحیه دوفاز قرار دارد و ساختمان پمپی که بتواند مایع و بخار را دریافت و به صورت مایع اشباع تخلیه کند با مشکلات زیادی روبرو خواهد شد. ثانیاً در سیکل کارنو تمام انتقال حرارت باید در درجه حرارت ثابت انجام بگیرد.این بدان معنی است که حرارت باید به بخار در حال انبساط و تولید کار انتقال یابد که این چندان ممکن نیست.(اما در سیکل رنکین, بخار در فشار ثابت مافوق گرم می شود.)

بنابر این سیکل رنکین سیکل ایده آلی است که در عمل می توان تقریب زد. از این رو راهکارهایی اندیشیده می شود تا کارایی سیکل مبنای رنکین به کارایی مدل ایده آل کارنو نزدیک شود که از آن جمله می توان به تأثیر متغیرهایی چون فشار و درجه حرارت اشاره کرد. در عین حال این تمهیدات هر یک محدودیت خاصی را نیز  ایجاب می کنند. به عنوان مثال کاهش فشار کندانسور, افزایش فشار بویلر و مافوق گرم کردن بخار آب در بویلر که به افزایش کارایی سیکل رنکین می انجامند محدودیتهای زیادی را دربردارند. سایش تیغه های توربین, افزایش محتوی رطوبت و کیفیت بخار آب و ... از پیامدهای آن است. مدلهایی نظیر سیکل بازیاب ایده آل نیز به دلیل همین محدودیتهای  ابزار عملی نیستند. کارایی  سیکل بازیاب ایده آل دقیقاً برابر با کارایی سیکل کارنو است. اما موانعی بر سر تحقق آن وجود دارد. نخست آنکه "امکان انتقال حرارت لازم از بخار آب موجود در توربین به آب تغذیه وجود ندارد. دیگر اینکه به علت انتقال حرارت, محتوی رطوبت بخار خروجی از توربین به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت که می تواند به سایش تیغه های توربین منجر شود. " [7] برداشت بخار از دیگر تمهیداتی است که برای افزایش کارایی سیکل انجام می گیرد. اگر از تعداد زیادی مرحله برداشت بخار و گرمکن های آب تغذیه استفاده شود کارایی سیکل نزدیک به کارایی سیکل ایده آل بازیاب (معادل کارایی  سیکل کارنو) خواهد شد. لیکن در نیروگاهها مراحل برداشت بخار به ندرت از پنج مرحله بیشتر می شود.  " این کار در عمل از نظر اقتصادی قابل توجیه نیست,  زیرا صرفه جوییهای ناشی از افزایش کارایی به مراتب کمتر از آن است که هزینه تجهیزات اضافی (گرمکن آب تغذیه, لوله کشی و .. را جبران کند. "  انجام این تمهیدات _بدون در نظر گرفتن صرفه اقتصادی_ ,استفاده از تعداد بسیار زیادی گرمکن حرارتی, در اختیار داشتن پمپی  که هیچ الزامی بر مایع بودن فاز ورودی آن درکار نباشد و بتواند در ناحیه دو فاز عمل کند, بویلری که در سوپرهیت کردن بخار, محدودیت حرارتی نداشته باشد, شاید روزی دستیابی به کارایی صد در صد را ممکن کند. و باز هم شاید بتوان تصور کرد روزی با طراحی و تعبیه گریزگاههایی بتوان افتهای توربین, افتهای پمپ, افتهای چگالنده ,افتهای لوله کشی, که همه به نوعی  بر اثر وجود عوامل بازگشت ناپذیری شکل می گیرند و سد راه افزایش کارایی  میگردند, را جبران و عملاً بی اثر نمود, بی آنکه ناقض قانون دوم ترمودینامیک باشد, درست هماگونه که تأثیر برخی از راهکارها را در افزایش کارایی مشاهده نمودیم. بنابراین دستیابی به کارایی صد درصد می تواند مستلزم نقض قانون دوم ترمودینامیک نباشد و با واسطه و بدون نقض این قانون هم بتوان بر عوامل بازگشت ناپذیری غلبه کرد.