Was ist Entropie? - Martin Buchholz - Science Slam
Summary
TLDRDieses Skript präsentiert einen informativen und unterhaltsamen Einblick in die Welt der Thermodynamik, insbesondere in den Prozess der Energieproduktion in Kraftwerken. Es erklärt die Bedeutung von Kühltürmen, die für die Abfuhr von Wärme und Entropie notwendig sind, und wie diese mit der Stromproduktion verbunden sind. Der Vortrag verwendet die roten Kugeln als Metaphern für Energie und blaue Kugeln für Entropie, um komplexe Konzepte wie den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu veranschaulichen. Der Redner betont die Unumkehrbarkeit von Prozessen in Kraftwerken aufgrund der Entropieerzeugung und spricht über die philosophischen Implikationen von Entropie für die Zeit und das Universum. Zusätzlich werden humorvolle Filmausschnitte genutzt, um das Konzept der Entropie zu veranschaulichen und den Vortrag abzurunden.
Takeaways
- 😀 Die Vortragsperson möchte das Konzept des Kühlturms und seine Bedeutung näherbringen.
- 🏭 Kühltürme sind an deutschen Kraftwerken üblich, um Wärme abzuführen, die bei der Stromproduktion entsteht.
- 🔥 In Kraftwerken wird meist Wärme in Strom umgewandelt, was durch Brennkammern in Kohle-, Atom- oder Gaskraftwerken erzeugt wird.
- 🔴 Der Vortrag verwendet rote Kugeln als Metapher für Energie in verschiedenen Formen.
- 🔁 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Energie nicht aus dem Nichts geschaffen oder vernichtet werden kann, sondern in verschiedene Formen umgewandelt werden kann.
- 🔄 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik spricht von der Entropie, einer Größe, die mit Unordnung und Wärmeübertragung in Verbindung steht.
- 🌡️ Entropie kann nicht vernichtet werden, sondern kann nur in Richtung des Kühlturms transportiert werden, was die Stromausbeute beeinträchtigt.
- ♻️ Die Entropieproduktion ist ein Indikator für Unvollkommenheiten in technischen Prozessen und führt zu einem sinkenden Wirkungsgrad.
- 🔄 Die Entropie im Universum nimmt kontinuierlich zu, was eine Richtung für die zeitliche Entwicklung gibt.
- 🕒 Die Unumkehrbarkeit von Prozessen, die Entropie produzieren, wird durch das Konzept der Entropie verdeutlicht.
- 🎥 Der Vortrag schließt mit einem Gedankenexperiment über rückwärts laufende Filme, die die Unumkehrbarkeit von Entropieproduktion veranschaulichen.
Q & A
Was ist der Hauptzweck von Kühltürmen in Kraftwerken?
-Kühltürme dienen dazu, den Überschuss an Wärme und Entropie, die bei der Stromproduktion entsteht, von der Brennkammer weg zu führen und in die Umwelt abzugeben.
Welche Rolle spielt die Entropie im Energieerzeugungsprozess?
-Entropie ist ein Maß für Unordnung und spielt eine wichtige Rolle im Energieerzeugungsprozess, da sie die Richtung und Unumkehrbarkeit von Prozessen bestimmt, die Wärme in Strom umwandeln.
Was ist der erste Hauptsatz der Thermodynamik?
-Der erste Hauptsatz der Thermodynamik, auch Energieerhaltungssatz, besagt, dass Energie verschiedene Formen annehmen kann und zwischen diesen Formen umgewandelt werden kann, aber nicht aus dem Nichts geschaffen oder vernichtet werden kann.
Was ist der zweite Hauptsatz der Thermodynamik?
-Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Entropie in jedem Körper vorhanden ist und dass Entropie zusammen mit Wärme von einem Körper auf einen anderen übertragen werden kann, was die Richtung von Prozessen bestimmt.
Wie ist die Beziehung zwischen Entropie und Wärmeübertragung?
-Die Beziehung zwischen Entropie und Wärmeübertragung ist, dass bei einer Wärmeübertragung auch Entropie übertragen wird. Je höher die Temperatur, desto weniger Entropie wird pro Einheit Wärme übertragen.
Was bedeutet es, wenn ein Prozess umkehrbar ist?
-Ein umkehrbarer Prozess ist ein Prozess, der in entgegengesetzter Richtung stattfinden kann, ohne dass Entropie vernichtet wird. Dies ist im Allgemeinen nicht der Fall bei realen Energieumwandlungsprozessen.
Was ist die Bedeutung von Entropie für die Effizienz von Kraftwerken?
-Die Entropieproduktion hat Auswirkungen auf die Effizienz von Kraftwerken, da sie die Unmöglichkeit vollständiger Wärme-zu-Strom-Umwandlung zeigt und damit die Grenzen der Stromerzeugung bestimmt.
Wie wird die Entropie in Kraftwerken 'losgeworden'?
-In Kraftwerken wird die Entropie durch den Kühlturm in die Umwelt abgeführt, was dazu führt, dass die Entropie des Universums zunehmend ist.
Was ist der Unterschied zwischen einem idealen und einem realen Kraftwerk?
-Ein ideales Kraftwerk ist ein theoretisches Modell, das angibt, wie effizient ein Kraftwerk sein könnte, wenn keine Entropie produziert würde. Ein reales Kraftwerk hingegen hat einen niedrigeren Wirkungsgrad aufgrund der Entropieproduktion und anderer Verluste.
Was zeigt der Vortrag über die Beziehung zwischen Entropie und Zeit?
-Der Vortrag zeigt, dass Entropie und Zeit eng miteinander verbunden sind, da die Entropieproduktion die Richtung der Zeit und die Unumkehrbarkeit von Prozessen bestimmt.
Outlines
🌐 Grundlagen des Energiewandels und der Kühltürme
Der erste Absatz des Skripts führt in das Thema der Energieproduktion in Kraftwerken ein. Es wird erklärt, dass Energie nicht aus dem Nichts produziert werden kann, sondern dass sie durch den Energieerhaltungssatz, der erste Hauptsatz der Thermodynamik, aus anderen Energieformen transformiert wird. Im Kontext von Kraftwerken wird darauf hingewiesen, dass Wärme in Strom umgewandelt wird, was eine Brennkammer erfordert, in der entweder Uran zerfällt oder Kohle verbrennt. Der Abschnitt endet mit der Einführung der 'roten Kugeln' als Metapher für Energie in verschiedenen Formen und der Betonung, dass bei der Umwandlung von Energie in Strom keine Energie verloren gehen darf, um den Energieerhaltungssatz nicht zu verletzen.
🔄 Die Rolle von Entropie im Energieprozess
Der zweite Absatz konzentriert sich auf das Konzept der Entropie, die als Maß für Unordnung und als wichtige Größe in der Thermodynamik beschrieben wird. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wird erläutert, der besagt, dass Entropie in jedem Körper vorhanden ist und zusammen mit Wärme von einem Körper zum anderen transferiert werden kann. Es wird betont, dass die Verhältnisse beim Wärme- und Entropietransport nicht konstant sind und dass Entropie im Gegensatz zu Energie nicht zerstört werden kann, sondern nur produziert werden kann. Der Abschnitt erklärt, dass Entropieproduktion ein Indikator für Unvollkommenheiten in technischen Prozessen ist und dass sie für die Stromproduktion in Kraftwerken relevant ist, da sie die Unumkehrbarkeit des Prozesses und die Richtung der Prozesse bestimmt.
🕊️ Unumkehrbarkeit und die Bedeutung der Entropie
Der dritte Absatz schildert die Unumkehrbarkeit des Energiewandelsprozesses aufgrund der Entropieproduktion. Es wird veranschaulicht, dass in einem idealen Kraftwerk nicht alle Wärme in Strom umgewandelt werden kann, da ein Teil der Wärme genutzt wird, um die Entropie in den Kühlturm zu leiten. Dies führt zu einer Reduzierung der Stromausbeute und zeigt, dass ein reales Kraftwerk einen niedrigeren Wirkungsgrad hat als ein ideales. Der Abschnitt betont, dass die Entropieproduktion nicht nur in Kraftwerken stattfindet, sondern allgemein für die Unumkehrbarkeit von Prozessen und die Richtung, in der der Prozess abläuft, verantwortlich ist. Schließlich wird die Verbindung zwischen Entropie, Zeit und dem allgemeinen Anstieg der Entropie im Universum hergestellt, und es wird ein Gedankenexperiment vorgestellt, das die Unmöglichkeit des Rückganges von Entropie veranschaulicht.
Mindmap
Keywords
💡Kühlturm
💡Entropie
💡Energieerhaltung
💡Wärme
💡Kraftwerk
💡Thermodynamik
💡Stromproduktion
💡Wirkungsgrad
💡Umkehrbarkeit
💡Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
Highlights
Einführung in Kühltürme und ihre Bedeutung für Kraftwerke.
Erklärung des Energieerhaltungssatzes und dessen Rolle in Kraftwerken.
Beschreibung, wie Kraftwerke Energie durch Umwandlung von Wärme erzeugen.
Visualisierung von Energie als 'roten Kugeln' im Vortrag.
Einführung in den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und die Rolle der Entropie.
Erklärung, dass Entropie ein Maß für Unordnung ist und wie sie im Kraftwerksprozess eine Rolle spielt.
Diskussion über die Unvermeidbarkeit von Entropie-Produktion in technischen Prozessen.
Die Bedeutung von Entropie für die Unumkehrbarkeit von Prozessen und die Richtung der Gesamtentropie des Universums.
Vergleiche zwischen idealen und realen Kraftwerken hinsichtlich der Stromausbeute und Entropie.
Der Einfluss von zusätzlicher Entropie-Produktion auf die Stromausbeute eines Kraftwerks.
Philosophische Betrachtung der Rolle von Entropie in der Zeit und Unumkehrbarkeit von Prozessen.
Präsentation von Filmclips, die die Entropie-Produktion visualisieren und das Konzept veranschaulichen.
Gedankenexperiment zur Umkehrung von Prozessen und deren Auswirkungen auf Entropie.
Beispiel des Pendel-Experiments, das nahezu ohne Entropie-Produktion abläuft.
Der Schlussfolgerung, dass Entropie ein zentrales Konzept ist, das unser Verständnis von Zeit und Prozessen formt.
Applaus und Danksagung des Publikums für den Vortrag über Entropie und Kraftwerke.
Transcripts
[Musik]
ich möchte ihnen meine damen und herren
heute haben eine größe etwas näher
bringen die einigen von ihnen
wahrscheinlich vollkommen unbekannt ist
auch für die anderen bestenfalls ein
abstraktes konzept ohne jeglichen bezug
zu ihrer lebenswirklichkeit und deshalb
beginne ich auch mit etwas was sie
vermutlich alle kennen was ist das ja so
einfach kann mir schon im titel vor
ein kühlturm die viel spannendere frage
müsste aber eigentlich auch lauten wozu
gibt es kühltürme warum steht neben
jedem kraftwerk in deutschland ein
kühlturm
wozu braucht man kühltürme was glauben
sie wie lachen der dame was glauben sie
wusste braucht man kühltürme kühlen ja
hat natürlich eine erstklassige antwort
auf die hoffe ich immer diese ungefähr
in einer liga mit
das hat was mit abwärme zu tun oder
gerade wenn kleine kinder dabei sind da
werden wollten gemacht nun vielleicht
sollten wir zunächst einmal darüber klar
werden was denn in seinem kraftwerk
überhaupt passiert in einem kraftwerk
wird strom produziert jetzt kann man
strom aber nicht so einfach aus dem
nichts heraus produzieren wären und sich
hoffentlich an die schule an den energie
erhaltungs satz wir nennen das den
ersten hauptsatz der thermodynamik und
dort erfahren wir dass energie
verschiedene formen annehmen kann
zwischen diesen formen gewandelt werden
kann
aber eben nicht aus dem nichts heraus
geschaffen oder vernichtet werden kann
das heißt was ein kraftwerk passiert ist
das wahrscheinlich irgendeine andere
energieformen in strom umgewandelt wird
und diese andere energieformen das ist
im regelfall wärme und deshalb hat auch
jedes kraftwerk egal ob kohle atom oder
gaskraftwerke immer so eine brennkammer
in der dann das zerfallende uran oder
die verbrennen der kohle wärme erzeugt
und die wird dann im eigentlichen
kraftwerksprozess in strom umgewandelt
so ich hab mich dafür entschieden in
diesem vortrag energie mal so große rote
kugeln darzustellen ja völlig egal
welche form das ist egal ob wärme oder
strom oder irgendwas anderes energie
sind große rote kugeln um den energie
erhaltungssatzung jetzt nicht zu
verletzen müssen wir einfach nur
aufpassen dass wir keine großen roten
kugeln verlieren weihnachtssingen rein
raus alles prima ich auf seinen verstand
man braucht ja natürlich
natürlich nicht ich meine jetzt mal im
ernst da bauen wir jetzt diese
brennkammer heizen also richtig
ordentlich ein machen so richtig schön
warm wenn es dann ganz warm ist dann
dann bauen wir einen kühlturm
was wollen die leute in dem kraftwerk
wollen die wolken strom ist ihm
vielleicht ein bisschen zu warm oder
solar- oder haben die zu viel kohle
verbrannt mehr wärme als die strom
benötigen all das klingt ziemlich ab so
und ist es auch das problem ist dass wir
viel zu sehr auf diese eine größe
fokussiert sind immer nur auf die
energie achten dabei gibt es eine andere
größe die mindestens ebenso wichtig ist
kann sich denken aufgrund des titels ist
die entropie über diese größe erfahren
wer einiges im zweiten hauptsatz der
thermodynamik zunächst einmal dass diese
größe überhaupt gibt das in jedem körper
entropie drin ist und das von einem
körper zum anderen entropie zusammen mit
wärme ausgetauscht werden kann
da immer wenn ich damit transferiert
ranzig entropie und wenn die entropie
transportieren transport sich aufwärmen
hand in hand das besondere dabei ist
aber dass das verhältnis von
übertragener wärme zu übertragen der
temperaturen zu übertragen entropie das
ist nicht etwa konstant sein dass es
gleich der temperatur
jetzt sehe ich ja das passiert immer die
ersten fangen mit der stirn zu runzeln
auch bisher was ja ganz nett aber jetzt
packt ingenieur die formeln aus aber ich
kann ihnen versprechen meine damen und
herren das hier ist wenn ich das so
sagen darf der mathematische höhepunkt
meines vortrages ja also sowas nochmal
an das ja nicht so schwierig
das klingt ja eigentlich nur dass wir
bei hoher temperatur war mit der wärme
übertragen ist nur ein bisschen entropie
bei und wenn wir bei niedriger
temperatur wärmeübertragung seiner
saufen entropie bei so als letztes
erfahren wir noch dass die entropie im
gegensatz zur energie keine erhaltungs
größtes entropie kann einfach so aus dem
nichts heraus entstehen umgekehrt gilt
das übrigens nicht darf nicht vernichtet
werden und als kleiner vorgriff auf
später
diese entropie produktion die sind
technischen prozessen nicht so besonders
gerne gesehen die sie immer ein hinweis
darauf dass irgendwas in dem prozess
nicht so ganz rund läuft im nicht
perfekt deutsch haben eine ganze menge
über den trupp erfahren dass die nicht
erfahren haben ist was denn nun entropie
eigentlich ist da gibt es eine ganze
menge bedeutung das hat irgendwas mit
unterschieden oder gleichförmig da das
kennen sie sicher entropie ist ein maß
für unordnung wie messen
also ich find das nicht so besonders
wirklich aber ich möchte ihnen einen
ratschlag geben was sie sich unter
entropie vorstellen sollten meine damen
und herren stellen sie sich unter
entropie am besten gar nichts vor ich
war das vollkommen ernst wenn sie in der
lage sind diese drei punkte die wir
hinter mir in der leinwand stehen zu
befolgen
dann werden sie probleme lösen können
die meisten ihrer mitmenschen bis ans
ende ihrer tage verborgen bleiben und
wenn sie nun aber sagen ich muss mir was
vorstellen ich kann doch nicht mit einer
größe arbeitet muss ich mir gar nichts
drunter vorstellen kann
dann denken sich von minus kleine blaue
kugeln damit kommt man ganz gut zum ziel
für dieses neu erworbene wissen wollen
wir jetzt anwenden auf unser kraftwerk
da kommt ja von der brennt kann man die
wärme ins kraftwerk wir haben wird immer
hand in hand mit entropie transportiert
also für ein paar kügelchen den zyklon
dann kommt da der strom zum verbraucher
gut strom ist keine wärme also auch
keine kügelchen also und fertig naja
jetzt haben eine situation bei der geht
die entropie das kraftwerk rein aber
nicht mehr raus ja schlecht auch wenn
die gar nicht so genau wissen was denn
nun dieser entropie eigentlich ist kann
man sich auch gut vorstellen dass es für
kein kraftwerk der welt gut sein kann
mann der jahrelang kleine blaue kugeln
reingehen und wo wieder rauskommen die
müssen wir irgendwie loswerden
wie kriegen wir die raus wie kriegen wir
die rausnehmen
so wie wir sie auch rein bekommen haben
und jetzt denke ich wird den ersten von
ihnen ist der mann und sie sehen den
kühlturm schon um die ecke liegen wir
brauchen den kühlturm um zusammen mit
wärme die entropie richtung zu schicken
blöderweise ist jetzt allerdings diese
wärme diese richtung kühlturm schicken
die steht uns nicht mehr zur verfügung
um daraus noch strom zu machen die
stromausbeute sinkt also moment mal
warum warum bleibt denn da überhaupt
noch strom über ich meine wir wollen
auch die gesamte entropie die von der
brennkammer kommend richtung kühlturm
schicken müssen wir doch nicht auf die
ganze wärme ja glücklicherweise nicht
das mischungsverhältnis nicht erinnern
sich glücklicherweise ist ja die brennt
kann man so richtig schön heiß während
der kühlturm angenehm kühles und das
bedeutet dass die wärme die von der
brennt kann man kommt die
transportierten ein kleines bisschen
entropie und bei der niedrigen
temperatur des kühlturms reicht ein teil
der wärme um die gesamte entropie
abzuführen und den rest können wir strom
umwandelt damit ihr können wir zwei
sachen erstens man kann
stromproduzierenden kraftwerk und
zweitens selbst nahm idealen treffpunkt
wo alle physiker alle ingenieure alle
bauarbeiter wirklich alle einen
perfekten job machen ja wir werden immer
die entropie richtung kühlturm schicken
müssen das heißt wir werden niemals die
gesamte wärme in strom umwandeln können
ja auch in einem idealen kraftwerk so
wenn ich jetzt von einer medialen
kraftwerk reden dann hört man ja schon
so durch die blume das ist
wahrscheinlich auch nicht ideale
kraftwerke gibt mir in der tat falls sie
neben einem kraftwerk wohnen dass er
dann nicht ideales kraftwerk sein
da läuft nicht alles rund und das
bedeutet dass mal wenn ich alles rund
läuft da wird der entropie produziert
und diese produziert die entropie die
hat zwei konsequenzen erste konsequenz
ist relativ offensichtlich diese
zusätzliche entropie die müssen wir
wieder loswerden was machen wir mit der
na klar
die schicken wir auch richtung kühlturm
jetzt geht die da ja aber nicht alleine
hin sondern möchte handeln ja sie wissen
es nicht das heißt unsere stromausbeute
sinkt weiter ein reales kraftwerk hat
einen schlechteren wirkungsgrad ein
ideales so weit dass praktisch und jetzt
kommen wir zum etwas philosophisch ihren
abschluss teil meines vortrages dieser
entropie produktion in dem kraftwerk die
führt dazu dass der gesamte prozess des
wärme in strom umwandeln es unumkehrbar
wird
war das er vorher umkehrbar gucken wir
nochmal das ideale kraftwerk anja
dagegen ja zehn rote kugeln reinsten
kommt wieder raus fünf blaue kugeln
gehen rein und fünf einheiten entropie
kommen auch wieder raus das heißt das
licht des ersten und zweiten hauptsatz
es könnte dieser prozess auch anders
ablaufen
es spreche nichts dagegen wenn ich weiß
nicht ob jemand dafür jemand bezahlen
würde so kraftwerk zu betreiben aber es
würde gehen so in dem moment aber wo wir
in kopie produzieren jetzt gehen fünf
einheiten entropie rein aber sieben
kommen raus würden wir den prozess
umkehren würden sieben reingehen und
fünf rauskommen das würde langfristig
nur gehen wenn im kraftwerk entropie
vernichtet würde
das ist verboten und deshalb der ganze
prozess unumkehrbar unumkehrbarkeit
durch entropie produktion erhöht sich
ganz schön esoterischen oder ob ich
möchte noch einen draufsetzen möchte
behaupten dass entropie und zwei
schwestern sind die stets in eine
richtung laufen
ja und zwar in die richtung in der die
gesamt entropie des universums zu nimmt
ja unsere ganzen begriffe von vorher und
nachher gewinnen erst durch entropie
produktion und die damit verbundene
unumkehrbarkeit der dinge eine bedeutung
das tolle daran dass aber offensichtlich
entropie und zeit etwas miteinander zu
tun haben und zeigt dass er ein konzept
mit dem wir uns gut auskennen und das
führt dazu dass wir auch für entropie
produktion ein ganz gutes bauchgefühl
haben so an der stelle protestieren
immer einige sagt hallo vor fünf minuten
kannte ich diese größe noch nicht da man
jetzt soll ich ein bauchgefühl für
entropie produktionen und genau das
möchte ich ihnen verbleibenden
anderthalb minuten zeigen das habe ich
drei kurze film schnipsel mitgebracht in
zwei in dieser film schnipsel da wird so
richtig ordentlich entropie produziert
dass es kracht und dem dritten annähernd
keine wir sehen zum einen ein browser
glas das lockt etwas beschleunigt ab sie
werfen das reine snowboard ein bisschen
vor sich hin
und am ende haben sie ein leckeres glas
trinkt fertiger brause in himbeer
vielleicht browser
im zweiten video da können sie sehen wie
so ein pendel aus lenker ein bisschen
hin und her schwingen lassen und im
dritten video sehen sie was mein
patenkind mit dem gleichen pendelt macht
und einem turm bin allerdings sein vater
aufgebaut hat babys sind immer niedlich
aber einige von ihnen werden sich
trotzdem fragen und sagen wo ist denn
das bauchgefühl ich fühle hier gar nicht
wohin tropez produziert wird warten ich
ganz kurz wir machen noch ein
gedankenexperiment stellen sie sich vor
wir lassen einen von den prozessen die
im vorwärtsgang entropie produzieren
rückwärts ablaufen dann müsste ja
entropie vernichtet werden das aber
verboten was uns aber niemand und nicht
einmal der zweite hauptsatz der
thermodynamik verbieten kann ist er
seinen film rückwärts ablaufen zu lassen
so was wir dann zu sehen bekommen das
wird es in der natur nicht geben das
wird und natürlich aussehen und man muss
nicht maschinenbau oder physik studiert
haben um zu sagen
sowas passiert einfach nicht und auch
bei den browser glas das sieht am anfang
noch ganz akzeptabel aus aber spätestens
spätestens wenn dann diese ganzen bürger
bläschen und die ganzen farbstoffe
anfangen sich im inneren des glases
wieder zusammenziehen
spätestens dann werden sie hingucken und
sagen nee so was das gibt's doch nur im
film
ganz anders sieht es beim letzten film
aus auch diesen film dass ich rückwärts
laufen aber ich muss dazu sagen weil man
es nicht sieht warum sieht man es nicht
nun das schwingen eines reibungsfrei
aufgehängten pendels ist ein vorgang der
annähernd ohne entropie produktion
abläuft und deshalb hat er keinen klar
definierten anfang und kein klar
definiertes ende ganz im gegensatz zu
meinem vortrag in seinem ende angekommen
ich bedanke mich für eure aufmerksamkeit
ich hoffe dass sie erkannt haben dass
der erste hauptsatz ja der energie
haltung satz dass nur ein langweiliger
buchhalter denn die großen roten energie
teilen update aber der zweite um im bild
zu bleiben der repräsentiert die
geschäftsführung der entscheidet in
welche richtung prozesse ablaufen und zu
guter letzt hoffe ich dass wenn sie das
nächste mal ein kraftwerk vorbei kommen
sie sich nicht mehr fragen müssen ob den
leuten da drin zu warm ist sondern dass
sie leise zu sich selbst sagen
entropie abgabe auch wenn sie die
kleinen blauen kugel natürlich nicht
sehen können dankeschön
[Applaus]
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