अधिकतम शक्ति सिद्धांत

ऊर्जा प्रणाली भाषा में अधिकतम शक्ति सिद्धांत ओडुम और ओडम 2000, पी से अनुकूलित। 38

अधिकतम शक्ति सिद्धांत या लोटका का सिद्धांत ऊष्मप्रवैगिकी में खुले तंत्रके उष्मागतिकी के चौथे नियम के रूप में प्रस्तावित किया गया है, जहां जैविक कोशिका खुले तंत्र का एक उदाहरण है। हावर्ड टी. ओडम के अनुसार, "अधिकतम ऊर्जा का सिद्धांत स्वयं-संगठन के समय निरूपित किया जा सकता है: जिसमे प्रणाली प्रारूप विकसित होता है जो ऊर्जा अवगेसन, ऊर्जा परिवर्तन और उत्पादन और कुशलता को संवेदनशील बनाने वाले उपयोगों को बढ़ावा देते हैं। "

इतिहास

चेन (2006) ने अल्फ्रेड जे. लोटका (1922ए, बी) द्वारा एक अस्थायी प्रस्ताव में एक औपचारिक सिद्धांत के रूप में अधिकतम शक्ति के बयान की उत्पत्ति की खोज की है। लोटका के बयान ने एक भौतिक सिद्धांत के संदर्भ में विकास की डार्विनियन धारणा को समझाने की कोशिश की। लोटका के काम को बाद में सिस्टम पारिस्थितिकी हॉवर्ड टी. ओडुम द्वारा केमिकल इंजीनियर रिचर्ड सी. पिंकर्टन के सहयोग से विकसित किया गया था, और बाद में इंजीनियर मायरोन जनजाति द्वारा उन्नत किया गया था।

जबकि लोटका का काम गणितीय शब्दों में विकासवादी विचारों को औपचारिक रूप देने का पहला प्रयास हो सकता है, उदाहरण के लिए, प्राकृतिक दर्शन के कभी-कभी विवादास्पद इतिहास के दौरान, गॉटफ्रीड विल्हेम लीबनिज और वीटो वोल्टेरा और लुडविग बोल्ट्जमान द्वारा किए गए इसी तरह के अवलोकनों का पालन किया गया। समकालीन साहित्य में यह आमतौर पर हावर्ड टी. ओडुम के काम से जुड़ा हुआ है।

1970 के दशक के दौरान, 1973 के तेल संकट के बीच, ओडुम के दृष्टिकोण के महत्व को अधिक समर्थन दिया गया था, जहां गिलिलैंड (1978, पीपी.100) ने देखा, ऊर्जा के महत्व और मूल्य का विश्लेषण करने की एक नई पद्धति की आवश्यकता उभर रही थी। आर्थिक और पर्यावरणीय उत्पादन के लिए संसाधन। इस विश्लेषणात्मक आवश्यकता को पूरा करने के लिए ऊर्जा विश्लेषण के रूप में जाना जाने वाला एक क्षेत्र, जो स्वयं शुद्ध ऊर्जा और EROEI से जुड़ा हुआ है। हालाँकि, ऊर्जा विश्लेषण में असाध्य सैद्धांतिक और व्यावहारिक कठिनाइयाँ उत्पन्न हुईं, जब समझने के लिए ऊर्जा इकाई का उपयोग किया गया, a) केंद्रित ईंधन प्रकारों (या ऊर्जा प्रकारों) के बीच रूपांतरण, b) श्रम का योगदान, और c) पर्यावरण का योगदान।

दर्शन और सिद्धांत

लोटका ने कहा (1922बी: 151):

प्राकृतिक चयन का सिद्धांत खुद को जानकारी देने में सक्षम के रूप में प्रकट करता है जो ऊष्मप्रवैगिकी के पहले और दूसरे नियम प्रस्तुत करने में सक्षम नहीं हैं। ऊष्मप्रवैगिकी के दो मूलभूत नियम निश्चित रूप से भौतिक प्रणाली में घटनाओं के पाठ्यक्रम को निर्धारित करने के लिए अपर्याप्त हैं। वे हमें बताते हैं कि कुछ चीजें नहीं हो सकतीं, लेकिन वे हमें नहीं बताते कि क्या होता है।

गिलिलैंड ने उल्लेख किया कि विश्लेषण में इन कठिनाइयों के बदले में इन विभिन्न ऊर्जाओं (ईंधन, श्रम और पर्यावरणीय बलों की विभिन्न सांद्रता) की बातचीत और लेनदेन को पर्याप्त रूप से समझाने के लिए कुछ नए सिद्धांत की आवश्यकता थी। Gilliland (Gilliland 1978, p. 101) ने सुझाव दिया कि Odum का अधिकतम शक्ति सिद्धांत का कथन (H.T.Odum 1978, pp. 54-87), शायद अपेक्षित सिद्धांत की एक पर्याप्त अभिव्यक्ति थी:

यह सिद्धांत, जैसा कि अधिकतम शक्ति सिद्धांत द्वारा व्यक्त किया गया है, अनुभवजन्य प्रश्न को संबोधित करता है कि क्यों किसी भी प्रकार या आकार की प्रणालियां खुद को देखे गए पैटर्न में व्यवस्थित करती हैं। ऐसा प्रश्न मानता है कि भौतिक नियम सिस्टम फ़ंक्शन को नियंत्रित करते हैं। उदाहरण के लिए, यह नहीं माना जाता है कि आर्थिक उत्पादन वाली प्रणाली उपभोक्ताओं द्वारा संचालित होती है; बल्कि उत्पादन-उपभोग का पूरा चक्र भौतिक नियमों द्वारा संरचित और संचालित होता है।

इस सिद्धांत को ओडुम ने अधिकतम शक्ति सिद्धांत कहा। अधिकतम शक्ति सिद्धांत तैयार करने के लिए गिलिलैंड ने देखा कि ओडुम ने ऊष्मप्रवैगिकी के पहले से ही स्थापित कानूनों में एक और कानून (अधिकतम शक्ति सिद्धांत) जोड़ा था। 1978 में गिलिलैंड ने लिखा कि ओडुम का नया कानून अभी तक मान्य नहीं हुआ था (गिलिलैंड 1978, पृष्ठ 101)। गिलिलैंड ने कहा कि अधिकतम शक्ति सिद्धांत में ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे कानून की दक्षता के लिए एक अतिरिक्त भौतिक अवधारणा की आवश्यकता होती है: अधिकतम शक्ति के तहत दूसरे कानून की दक्षता की अवधारणा (गिलिलैंड 1978, पृष्ठ 101):

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले या दूसरे नियम में उस दर का माप शामिल नहीं है जिस पर ऊर्जा परिवर्तन या प्रक्रियाएं होती हैं। अधिकतम शक्ति की अवधारणा ऊर्जा परिवर्तन के उपायों में समय को शामिल करती है। यह उस दर के बारे में जानकारी प्रदान करता है जिस पर एक प्रकार की ऊर्जा दूसरे में बदल जाती है और साथ ही उस परिवर्तन की दक्षता भी होती है।

इस तरह अधिकतम शक्ति की अवधारणा को जैविक विकास के चयनात्मक कानून का मात्रात्मक वर्णन करने के लिए एक सिद्धांत के रूप में इस्तेमाल किया जा रहा था। शायद H.T.Odum का इस दृष्टिकोण का सबसे संक्षिप्त कथन था (1970, पृ. 62):

लोटका ने अधिकतम शक्ति आयोजक के रूप में प्राकृतिक चयन का सिद्धांत प्रदान किया; प्रतिस्पर्धात्मक परिस्थितियों में ऐसी प्रणालियों का चयन किया जाता है जो विभिन्न संरचनात्मक-विकासशील क्रियाओं में अपनी ऊर्जा का उपयोग करती हैं ताकि उपलब्ध ऊर्जाओं के उपयोग को अधिकतम किया जा सके। इस सिद्धांत के अनुसार चक्रों की प्रणालियाँ जो कम ऊर्जा की खपत करती हैं, तुलनात्मक विकास में खो जाती हैं। हालांकि लियोपोल्ड और लैंगबेन ने दिखाया है कि कटाव प्रोफाइल, विसर्प प्रणाली और सहायक नदी नेटवर्क विकसित करने में धाराएं अपनी संभावित ऊर्जा को अधिक धीरे-धीरे फैलती हैं, अगर उनके चैनल अधिक प्रत्यक्ष थे। इन दो बयानों को एक इष्टतम दक्षता अधिकतम शक्ति सिद्धांत (ओडम और पिंकर्टन 1955) द्वारा सुसंगत किया जा सकता है, जो इंगित करता है कि ऊर्जा जो बहुत तेजी से गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, उन्हें सिस्टम के स्वयं के उपयोग के लिए उपलब्ध नहीं कराया जाता है क्योंकि वे भंडारण के माध्यम से उपयोगी में वापस नहीं आते हैं। पम्पिंग, लेकिन इसके बजाय पर्यावरण की बेतरतीब सरगर्मी करते हैं।

लोटका के प्रस्ताव के लिए ओडुम-पिंकर्टन दृष्टिकोण ओम के कानून को लागू करना था - और संबंधित अधिकतम शक्ति प्रमेय (विद्युत शक्ति प्रणालियों में परिणाम) - पारिस्थितिक प्रणालियों के लिए। ओडम और पिंकर्टन ने इलेक्ट्रॉनिक शब्दों में शक्ति को कार्य की दर (थर्मोडायनामिक्स) के रूप में परिभाषित किया, जहां कार्य को थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन के रूप में समझा जाता है। इसलिए अधिकतम शक्ति की अवधारणा को 'उपयोगी ऊर्जा परिवर्तन की अधिकतम दर' के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। इसलिए अंतर्निहित दर्शन का उद्देश्य जैविक प्रणालियों के साथ इलेक्ट्रॉनिक और थर्मोडायनामिक प्रणालियों के सिद्धांतों और संबंधित कानूनों को एकजुट करना है। इस दृष्टिकोण ने एक अनुरूप मॉडल की कल्पना की जो दुनिया को एक पारिस्थितिक-इलेक्ट्रॉनिक-आर्थिक इंजन के रूप में देखता है।

== चौथे थर्मोडायनामिक कानून == के रूप में अधिकतम शक्ति सिद्धांत के प्रस्ताव

बोल्ट्जमैन द्वारा यह बताया गया है कि जैविक दुनिया के विकास में, जीवन-संघर्ष में विवाद का मूल उद्देश्य उपलब्ध ऊर्जा है। इस अवलोकन के अनुसार यह सिद्धांत है कि, अस्तित्व के संघर्ष में, लाभ उन जीवों को जाना चाहिए जिनके ऊर्जा-ग्रहण उपकरण प्रजातियों के संरक्षण के लिए अनुकूल चैनलों में उपलब्ध ऊर्जा को निर्देशित करने में सबसे कुशल हैं।

— A.J. Lotka 1922a, p. 147

...यह इस लेखक को प्राकृतिक चयन के डार्विनियन सिद्धांत को 'उष्मप्रवैगिकी के चौथे नियम' के रूप में उद्धरण देकर जैविक और भौतिक परंपराओं को एकजुट करने के लिए उपयुक्त लगता है, क्योंकि यह गर्मी उत्पादन और दक्षता की दर में नियंत्रण सिद्धांत है अपरिवर्तनीय जैविक प्रक्रियाओं में सेटिंग्स।

— H.T. Odum 1963, p. 437

... लोटका द्वारा सुझाए गए चौथे थर्मोडायनामिक कानून के रूप में अधिकतम शक्ति सिद्धांत को पहचानने का समय आ सकता है।

— H.T. Odum 1994

शब्दों में परिभाषा

अधिकतम शक्ति सिद्धांत कहा जा सकता है: स्व-संगठन के दौरान, सिस्टम डिज़ाइन विकसित और प्रचलित होते हैं जो बिजली के सेवन, ऊर्जा परिवर्तन को अधिकतम करते हैं, और वे उपयोग जो उत्पादन और दक्षता को सुदृढ़ करते हैं। (एचटी ओडुम 1995, पृष्ठ 311)

...अधिकतम शक्ति सिद्धांत ... बताता है कि जो प्रणालियां अपनी ऊर्जा के प्रवाह को अधिकतम करती हैं वे प्रतिस्पर्धा में जीवित रहती हैं। दूसरे शब्दों में, केवल इस तथ्य को स्वीकार करने के बजाय कि समय की प्रति इकाई अधिक ऊर्जा एक ऐसी प्रक्रिया में रूपांतरित होती है जो अधिकतम शक्ति पर संचालित होती है, यह सिद्धांत कहता है कि सिस्टम शक्ति को अधिकतम करने के लिए स्वाभाविक रूप से खुद को व्यवस्थित और संरचित करते हैं। सिस्टम अधिकतम शक्ति सिद्धांत के अनुसार खुद को नियंत्रित करते हैं। समय के साथ, जो प्रणालियाँ शक्ति को अधिकतम करती हैं, उनके लिए चुनी जाती हैं, जबकि जो नहीं होती हैं, उनके विरुद्ध चुनी जाती हैं और अंततः समाप्त हो जाती हैं। ... ओडुम का तर्क है ... कि अर्थव्यवस्था का मुक्त बाजार तंत्र प्रभावी रूप से मानव प्रणालियों के लिए एक ही काम करता है और आज तक का हमारा आर्थिक विकास उस चयन प्रक्रिया का एक उत्पाद है। (गिलिलैंड 1978, पीपी. 101-102)

ओडुम एट अल। अधिकतम शक्ति प्रमेय को केवल इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में व्यापक अनुप्रयोग के साथ शक्ति-दक्षता पारस्परिकता चयन के सिद्धांत के रूप में देखा। उदाहरण के लिए, ओडुम ने इसे सौर ऊर्जा पर काम करने वाली खुली प्रणालियों में देखा, जैसे फोटोवोल्टिक और प्रकाश संश्लेषण (1963, पृष्ठ 438)। अधिकतम शक्ति प्रमेय की तरह, अधिकतम शक्ति सिद्धांत का ओडुम का कथन 'मिलान' की धारणा पर निर्भर करता है, जैसे कि उच्च-गुणवत्ता वाली ऊर्जा मिलान और ऊर्जा को बढ़ाकर शक्ति को अधिकतम करती है (1994, पीपी। 262, 541): जीवित डिजाइनों में एक मिलान बड़ी मात्रा में कम गुणवत्ता वाली ऊर्जा के साथ उच्च गुणवत्ता वाली ऊर्जा होने की संभावना होती है (1994, पृ. 260)। इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के साथ, ऊर्जा परिवर्तन की परिणामी दर एक मध्यवर्ती शक्ति दक्षता पर अधिकतम होगी। 2006 में, टी.टी. कै, सी.एल. मोंटेग और जे.एस. डेविस ने कहा कि, अधिकतम शक्ति सिद्धांत पारिस्थितिकी तंत्र के विकास और स्थिरता के पैटर्न और प्रक्रियाओं को समझने के लिए एक संभावित मार्गदर्शक है। सिद्धांत पारिस्थितिक तंत्र डिजाइनों के चयनात्मक दृढ़ता की भविष्यवाणी करता है जो पहले अप्रयुक्त ऊर्जा स्रोत पर कब्जा कर लेता है। (2006, पृष्ठ 317)। कई ग्रंथों में एच.टी. ओडुम ने एटवुड मशीन को अधिकतम शक्ति के 'सिद्धांत' के व्यावहारिक उदाहरण के रूप में दिया।

गणितीय परिभाषा

गणितीय परिभाषा एच.टी. ओडम औपचारिक रूप से अधिकतम शक्ति प्रमेय लेख पर दी गई परिभाषा के अनुरूप है। (पारिस्थितिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच संबंधों के बारे में ओडुम के दृष्टिकोण की संक्षिप्त व्याख्या के लिए Howard T. Odum#Ecological Analog of Ohm.27s Law|Ecological Analog of Ohm's Law देखें)

समसामयिक विचार

अधिकतम शक्ति दक्षता के सिद्धांत को ऊष्मप्रवैगिकी का चौथा नियम माना जा सकता है या नहीं और ऊर्जावान का चौथा सिद्धांत विवादास्पद है। फिर भी, एच.टी. ओडुम ने विकास के संगठनात्मक सिद्धांत के रूप में अधिकतम शक्ति का एक परिणाम भी प्रस्तावित किया, जिसमें सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रणालियों, आर्थिक प्रणालियों, ग्रह प्रणालियों और खगोलीय प्रणालियों के विकास का वर्णन किया गया है। उन्होंने इस परिणाम को अधिकतम सशक्तिकरण #सशक्तिकरण और अधिकतम सशक्तिकरण सिद्धांत कहा। यह सुझाव दिया गया था क्योंकि, जैसा कि एस.ई. जोर्गेनसन, एम.टी. ब्राउन, एच.टी. ओडुम (2004) नोट,

निम्न स्तर की प्रक्रियाओं को प्राथमिकता देने के लिए अधिकतम शक्ति को गलत समझा जा सकता है। ... हालाँकि, उच्च स्तर की परिवर्तन प्रक्रियाएँ उतनी ही महत्वपूर्ण हैं जितनी निम्न स्तर की प्रक्रियाएँ। ... इसलिए लोटका के सिद्धांत को अधिकतम 'सशक्तिकरण' के लिए स्वयं संगठन का सिद्धांत बताकर स्पष्ट किया जाता है।

— p. 18

सी. गियानानटोनी ने मामले को भ्रमित किया हो सकता है जब उन्होंने अधिकतम एम-पावर सिद्धांत (लोटका-ओडुम) को आम तौर पर चौथा थर्मोडायनामिक सिद्धांत माना जाता है (मुख्य रूप से) भौतिक और जैविक प्रणालियों के एक बहुत व्यापक वर्ग के लिए इसकी व्यावहारिक वैधता के कारण (सी. गियानंटोनी) 2002, § 13, पृष्ठ 155)। फिर भी, जियाननटोनी ने ऊष्मप्रवैगिकी के चौथे सिद्धांत के रूप में अधिकतम एम-पावर सिद्धांत को प्रस्तावित किया है (जियाननटोनी 2006)।

पिछली चर्चा अधूरी है। भौतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग में स्वतंत्र रूप से कई बार अधिकतम शक्ति की खोज की गई, देखें: नोविकोव (1957), एल-वकील (1962), और कर्जन और अहलबोर्न (1975)। Gyftopoulos (2002) द्वारा इस विश्लेषण और डिजाइन विकास निष्कर्षों की गलतता का प्रदर्शन किया गया था।

यह भी देखें

• अधिकतम शक्ति प्रमेय
• अधिकतम एन्ट्रापी ऊष्मप्रवैगिकी
• एन्ट्रापी उत्पादन
• [[ऊर्जा दक्षता]]
• ऊर्जा रूपांतरण दक्षता
• ऊर्जा दर घनत्व
• ऊर्जा
• जेरेमी इंग्लैंड
• थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा
• आपात
• सिस्टम इकोलॉजी
• पारिस्थितिक अर्थशास्त्र

संदर्भ

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