Понятия термодинамической и информационной энтальпии

Что такое энтальпия?

Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю ее можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру. В общем виде - энтальпия это максимальная свободная энергия связанная в системе.

Понятие энтальпии было введено и развито Дж. В. Гиббсом [1], [2], [3] в 1875 году в классической работе «О равновесии гетерогенных веществ». Для обозначения этого понятия Гиббс использовал термин «тепловая функция при постоянном давлении» [4].

Автором термина «энтальпия» в его современном значении считают Х. Камерлинг-Оннеса [5]. Впервые о его авторстве упоминает работа 1909 года [6] в связи с обсуждением сохранения энтальпии в эффекте Джоуля — Томсона, хотя в печатных публикациях самого Камерлинг-Оннеса это слово не встречается. Что же касается буквенного обозначения, до 1920-х годов оно использовалось для количества теплоты вообще. Определение физической величины строго как энтальпии или «теплосодержания при постоянном давлении» было официально предложено Альфредом У. Портером в 1922 году [7].

Энтальпию можно представить формулой в виде:

H = U + PV

• H - энтальпия • U - внутренняя энергия • P - давление • V - обьем

Изменение энтальпии (∆Н) определяется только начальным и конечным состоянием системы и записывается в виде: ∆Н = Н2 - Н1. Соответственно энтальпии двух веществ считаются, как сумма энтальпий. Если взять энтальпию одного человека, то энтальпии двух человек суммируются. Это как раз является одной из причин почему энергия коллектива больше отдельно взятых личностей – как минимум работает простая аддитивность.

Аппроксимируя его работы можно сказать, что крупные обьединения людей превращаются в самостоятельные живые организмы, обладающие кумулятивной энтальпией, которая значительно превышает энтальпию суммы сформировавших эти общности людей. Таким образом можно говорить о синергетическом эффекте коллективного действия в деле увеличения энтальпии.Применительно к обьему запасенной энергии и потоков энергии через систему поимечателтны работы Альфреда Лотки [10], который писал следующее: «Направление эволюции таково, что суммарный поток энергии, проходящей через систему, достигает максимальной величины, возможной для данной системы» и«... Естественный отбор действует таким образом, что увеличивает общую массу органической системы, увеличивает скорость обмена веществ в системе и увеличивает общий объём энергии, протекающей через неё, до тех пор, пока имеется неиспользованный остаток вещества и доступная энергия». В современных публикациях экологов эти гипотезы иногда приводятся в такой трактовке: те виды животных, которые наилучшим образом - при прочих равных условиях - используют потоки энергии для роста и существования, будут постепенно увеличивать своё распространение и численность, а, следовательно, это приведёт к увеличению потока энергии через систему.

Информационная Энтальпия

Интиутивно информационная энтальпия должна быть связана с уменьешнием информационной энтроппии и затратами свободной энергии для этого. И действительтно в своей работе Guo Benjun [11] и другие вводят понятие информационной энтальпии по нижеприведенной формуле:

Понятия термодинамической и информационной энтальпии

Разница информационных энтальпий, выраженная через разницу информационной энтропии, в физическом смысле, отражает энергию, которая требуется разумного алгоритму для уменьшения информационной энтропии:

Таким образом, например, энергия тысяч ученых, которая нужна была для разработки ядерной бомбы, или создания искусственного интеллекта может быть выражена в калориях и джуолях, хранящихся в виде информации в соответствующей информационной энтальпии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гиббс Дж. В. Термодинамические работы / Пер. с англ. под ред. проф. В. К. Семенченко. — М. — Л.: Гостехиздат, 1950. — 492 с. — (Классики естествознания).

2. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика / Отв. ред. Д. Н. Зубарев. — М.: Наука, 1982. — 584 с. — (Классики науки).

3. Гиббс Дж. В., Термодинамика. Статистическая механика, 1982, с.96, 510.

4. Henderson, Douglas; Eyring, Henry; Jost, Wilhelm. Physical Chemistry: An Advanced Treatise (неопр.). — Academic Press, 1967. - С. 29.

5. Dalton J. P. Researches on the Joule-Kelvin effect, especially at low temperatures. I. Calculations for hydrogen // KNAW Proceedings. — 1909. — Т. 11. — С. 863—873.

6. Howard Irmgard K. H Is for Enthalpy, Thanks to Heike Kamerlingh Onnes and Alfred W. Porter (англ.) // Journal of Chemical Education : журнал. — 2002. — Vol. 79, iss. 6. — P. 697—698.

7. Howard Irmgard K. H Is for Enthalpy, Thanks to Heike Kamerlingh Onnes and Alfred W. Porter (англ.)// Journal of Chemical Education : журнал. — 2002. — Vol. 79, iss. 6. — P. 697—698.

8. Geoffrey B. West, Scale: The Universal Laws of Growth, Innovation, Sustainability, and the Pace of Life in Organisms, Cities, Economies, and Companies. Penguin Press, 2017, ISBN 1594205582, 9781594205583.

9. L.M.A. Bettencourt, J. Lobo, D. Helbing, C. Kühnert, G.B. West, Growth, innovation, scaling, and the pace of life in cities, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (17) 7301-7306, 2007.

10. Lotka, A. J., Contribution to the energetics of evolution: Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 8, 1922, рp. 147-155.

11. G. Benjun, W. Peng, C. Dongdong and C. Gaoyun, "Decide by Information Enthalpy Based on Intelligent Algorithm," 2009 International Forum on Information Technology and Applications, Chengdu, China, 2009, pp. 719-722, doi: 10.1109/IFITA.2009.112.