دیو ماکسول نقض قانون دوم ترمودینامیک

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran - Qaytariyeh

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 75

سپاس: 52

جنسیت:

دیو ماکسول نقض قانون دوم ترمودینامیک

پست توسط rohamjpl »

دیو ماکسول موجودی خیالی است که ریاضیدان جیمز کلرک مکسول آن را خلاف قانون دوم ترمودینامیک خلق کرد. فرض کنید جعبه ای دارید که در برخی دما با گاز پر شده است. این بدان معناست که سرعت متوسط ​​مولکول ها بسته به دما مقدار مشخصی است. برخی از مولکول ها سریعتر از حد متوسط ​​و برخی دیگر کندتر از حد متوسط ​​پیش می روند. فرض کنید یک پارتیشن در وسط جعبه قرار گرفته و دو طرف را به چپ و راست جدا کرده است. در حال حاضر هر دو طرف جعبه با گاز در همان دما پر شده اند. ماکسول تصور کرد یک درب دام به اندازه یک مولکول وجود داشته باشد و موجود کوچک او در درب که مولکول ها را مشاهده می کند ، قرار گرفته است.هنگامی که یک مولکول سریعتر از متوسط ​​به در نزدیک می شود اطمینان حاصل می کند که در سمت چپ قرار دارد (با باز شدن درب کوچک اگر از سمت راست می آید) و هنگامی که یک مولکول آهسته تر از متوسط ​​به درب نزدیک می شود اطمینان حاصل می کند که درب آن پایان می یابد در سمت راست بنابراین پس از این عملیات او به جعبه ای ختم می شود که در آن تمام مولکول های گاز سریعتر در سمت چپ و کلیه های کندتر از حد متوسط ​​در سمت راست قرار دارند. بنابراین جعبه در سمت چپ گرم و در سمت راست سرد است. سپس می توان با استفاده از این تفکیک دما ، موتور گرمائی را با اجازه دادن به حرارت از طرف گرم به سمت سرد کار کرد.بنابراین پس از این عملیات او به جعبه ای ختم می شود که در آن تمام مولکول های گاز سریعتر در سمت چپ و کلیه های کندتر از حد متوسط ​​در سمت راست قرار دارند. بنابراین جعبه در سمت چپ گرم و در سمت راست سرد است. سپس می توان با استفاده از این تفکیک دما ، موتور گرمائی را با اجازه دادن به حرارت از طرف گرم به سمت سرد کار کرد.بنابراین پس از این عملیات او به جعبه ای ختم می شود که در آن تمام مولکول های گاز سریعتر در سمت چپ و کلیه های کندتر از حد متوسط ​​در سمت راست قرار دارند. بنابراین جعبه در سمت چپ گرم و در سمت راست سرد است. سپس می توان با استفاده از این تفکیک دما ، موتور گرمائی را با اجازه دادن به حرارت از طرف گرم به سمت سرد کار کرد.
اقدام احتمالی دیگر دیو این است که او می تواند مولکول ها را مشاهده کند و تنها در صورتی باز می شود که مولکولی از سمت راست به درب دام نزدیک شود. این نتیجه می رسد که تمام مولکول ها در سمت چپ قرار دارند. باز هم می توان از این تنظیم برای کارکردن موتور استفاده کرد. این بار می توان یک پیستون را در پارتیشن قرار داد و اجازه داد تا گاز به داخل محفظه پیستون جریان یابد و در نتیجه یک میله فشار داده و کار مکانیکی مفیدی ایجاد کند.
به نظر می رسید این وضعیت خیالی با قانون دوم ترمودینامیک مغایرت دارد. برای توضیح پارادوکس دانشمندان خاطرنشان می کنند که برای تحقق چنین احتمالی ، دیو نیاز به استفاده از انرژی برای مشاهده مولکول ها دارد (به عنوان مثال به شکل فوتون). و خود شیطان (بعلاوه مکانیزم درب تله) با حرکت دادن درب تله ، از گاز آنتروپی می کند. بنابراین آنتروپی کل سیستم هنوز افزایش می یابد.
شیطان در تلاش است تا انرژی مفیدتری را نسبت به آنچه در ابتدا بود از سیستم ایجاد کند. به طور معادل ، او از تصادفی بودن سیستم (با ترتیب دادن مولکولها طبق یک قانون خاص) که باعث کاهش آنتروپی می شود ، کم می کند. چنین نقض قانون دوم ترمودینامیک هرگز یافت نشده است.
یادآوری: مصرف انرژی کمتر به معنای تصادفی بیشتر و آنتروپی بیشتر است.
ماکسول جعبه ای را تصور کرد که حاوی گاز در دمای خاص (یا فشار) است. در هر گازی برخی از مولکول ها گرم تر هستند (سریعتر حرکت می کنند) و برخی از آنها خنک تر هستند (حرکت آنها کندتر است) از حد متوسط. در آزمایش اندیشه ماکسول ، یک پارتیشن با یک دریچه کوچک در جعبه قرار داده می شود ، و یک موجود خیالی که بدون صرف انرژی ، مولکول های منتقل شده به طرف دیگر را انتخاب می کند ، از آن محافظت می کند.
به عنوان مثال ، دیو می تواند اجازه دهد که فقط مولکول های گرمتر در سمت راست بمانند یا از سمت راست عبور کنند ، در حالی که مولکول های خنک تر از حد متوسط ​​به سمت چپ وارد می شوند. نتیجه نهایی این است که تمام مولکول های گرم در یک طرف جعبه قرار می گیرند ، بنابراین گرم تر از طرف دیگر است که فقط شامل مولکول های خنک است. دیو اساساً یک گاز مخلوط (حالت بی نظم یا آنتروپی بالاتر) را به گازهای جدا شده (حالت مرتب یا آنتروپی پایین) تبدیل کرده است ، ظاهرا قانون دوم ترمودینامیک را نقض می کند که همچنین می گوید آنتروپی در یک سیستم جداگانه نباید کاهش یابد.
در آزمایش فکری ماکسول ، دیو به سادگی از اطلاعات مربوط به دمای مولکول گاز و بدون انتقال مستقیم انرژی به آنها ، اختلاف دما ایجاد می کند . سپس می توان از اختلاف دما در جعبه برای راه اندازی یک موتور گرمایی استفاده کرد ، گرما از انتهای گرم به انتهای سرد منتقل می شود ، که همچنین به نظر می رسد قانون دوم ترمودینامیک را نقض می کند.
تصویر

ارسال پست