این دستگاه شامل چرخ دنده ای است که به نام چرخ ضامن دارBrownian ratchet شناخته می شود که آزادانه در یک جهت می چرخد اما توسط یک پنجه از چرخش در جهت مخالف جلوگیری می کند. Brownian ratchet توسط یک محور به یک چرخ دست و پا زدن متصل می شود که در سیالی از مولکول ها در دمای ${\displaystyle T_{1}}$ غوطه ور است. مولکولها یک حمام گرمایی را تشکیل می‌دهند، زیرا تحت حرکت تصادفی براونی با انرژی جنبشی متوسطی قرار می‌گیرند که توسط دما تعیین میشود. تصور می شود این دستگاه به اندازه کافی کوچک است که تکانه ناشی از یک برخورد مولکولی می تواند پارو را بچرخاند. اگرچه چنین برخوردهایی میل را در هر دو جهت با احتمال مساوی می چرخانند، پنجه بهچرخ ضامن دارratchet اجازه می دهد فقط در یک جهت بچرخد. به نظر می رسد اثر خالص بسیاری از چنین برخوردهای تصادفی این باشد که جغجغه به طور مداوم در آن جهت می چرخد. سپس از حرکت جغجغه می‌توان برای انجام کار روی سیستم‌های دیگر، به عنوان مثال بلند کردن وزنه (m) در برابر گرانش استفاده کرد. انرژی لازم برای انجام این کار ظاهراً از حمام گرمایی، بدون هیچ گرادیان گرمایی (یعنی حرکت انرژی زالو از دمای هوا) به دست می آید. اگر چنین ماشینی با موفقیت کار کند، عملکرد آن قانون دوم ترمودینامیک را نقض می‌کند، که یکی از اشکال آن می‌گوید: «برای هر دستگاهی که در یک چرخه کار می‌کند، غیرممکن است که گرما را از یک مخزن دریافت کند و مقدار خالص کار تولید کند. "فاینمن نشان داد که اگر کل دستگاه در همان دما باشد، جغجغه به طور مداوم در یک جهت نمی چرخد، بلکه به طور تصادفی به جلو و عقب حرکت می کند و بنابراین نمی تواند تولید هر کار مفید دلیل آن این است که از آنجایی که پنجه در همان دمای دست و پا است، تحت حرکت براونی نیز قرار می گیرد و به سمت بالا و پایین "جهش" می یابد. بنابراین با اجازه دادن به دندان جغجغه‌دار در حالی که بالا است، به طور متناوب از کار می‌افتد.
حذف شیطان ماکسول نسخه من از شیطان ماکسول به این صورت است: یک ظرف بدون عایق و پر از گاز توسط یک دیوار به اتاقک های A و B تقسیم می شود. این دیوار شامل درهای یک طرفه است. تمام جهات باز شدن آنها از محفظه A به B نشان داده شده است. پس از مدتی تعداد مولکول های گاز در محفظه B افزایش و در محفظه A کاهش می یابد و اختلاف فشار ایجاد می شود (ظرف عایق نیست) و آنتروپی بدون ورودی انرژی کاهش می یابد.این شیطان ماکسول نیست (برای اندازه گیری نیازی به اندازه گیری یا ذخیره سازی ندارد).
این یک ضامنو گیره براونی نیست (انرژی قابل استفاده را از مولکول‌های منفرد در طی فرآیندهای ریز استخراج نمی‌کند و مکانیسم پیچیده‌ای ندارد که می‌خواهد مورد انتقاد قرار گیرد). لطفاً سیستم من را با گیره براونی مقایسه نکنید و اگر این کار را میکنید، استدلال محکمی ارائه دهید.
من دانجوی فیزیک نیستم لذا اطلاعات کاملی ندارم و در حد مکانیک درس مهندسی میدونم ، به همین دلیل است که با انتقاد سازنده شما سعی می کنم ایده خود را در اینجا اصلاح کنم. من می دانم که بسیاری از فیزیکدانان بزرگ می گویند که شکستن قانون دوم غیرممکن است، پس راحت باشید و به من کمک کنید تا این "پارادوکس" را که ایجاد کردم حل کنم. اگر علاقه مند هستید، مشخصات زیر را ببینید. من نمی‌خواستم این مقدار را مشخص کنم، اما برخی معمولاً فرضیاتی را مطرح می‌کنند که من هرگز انجام ندادم و به این نتیجه می‌رسند که ایده من به دلیل فرضیات خودشان ناقص است.مشخصات درب: دارای جرم قابل توجهی کمتر از ذرات گاز است. سفت است و تقریباً خم نمی شود. از طریق فنر به حالت بسته خود باز می گردد. فنر پس از خروج ذرات نسبتاً سریع در را می بندد. عبور از درب مستلزم انتقال بخشی از انرژی جنبشی ذره به داخل در است. درب این انرژی را به دیوار پخش می کند. دیوارها عایق نیستند و بنابراین همیشه در دمای محیط هستند. به همین دلیل ذره عبوری انرژی از دست رفته خود را باز می یابد. همچنین می توان درب را تا حدودی (احتمالاً کوچک) با برخورد از سمت B به دلیل واکنش متقابل باز کرد. درب به دلیل گرما می لرزد اما به دلیل نگه داشتن فنر به طور قابل توجهی باز نمی شود. فنر می تواند در را نگه دارد اما ذره ای را نه زیرا همانطور که گفتیم ذره بسیار سنگین تر است.
مشخصات گاز: گاز به اندازه کافی غلظت کمی دارد که در دسترس درب تقریباً یک مولکول وجود دارد.
مشخصات نشتی: در صورت باز شدن درب به دلایل ذکر شده که شامل باز کردن درب عمدتا توسط ذره A، با وسعت کمتر توسط ذره B و با وسعت بسیار کمتر به صورت تصادفی، ذرات از سمت B می توانند به سمت A نشت کنند. افزایش انرژی جنبشی آن برای اینکه موقعیت اول و دوم اتفاق بیفتد، باید تقریباً به طور همزمان با دو یا چند ذره که یکی از آنها در سمت B قرار دارد، به درب برخورد کرد. احتمال وقوع آن بسیار کمتر از احتمال برخورد تنها یک ذره به در از سمت A است، که تا زمانی که غلظت ذرات در سمت B به طور قابل توجهی افزایش یابد و تعادل حاصل شود صادق خواهد بود (مشخصات گاز را به خاطر بسپارید). این درگاه Smoluchowski's Trapdoor نامیده می شود
اسمولوچوفسکی خاطرنشان کرد که اگر قرار است برخورد با یک مولکول هوا باز شود، درب تله باید بسیار سبک و دارای فنر بسیار سبک باشد. در نتیجه به دلیل نوسانات حرارتی حرکت تصادفی خاص خود را دارد و به میل خود به گونه ای به اطراف حرکت می کند که با حرکت مولکول ها در هوا هماهنگ نیست. بنابراین، اجازه می دهد تا مولکول های هوا آزادانه در هر دو جهت عبور کنند و هیچ تجمعی از هوا در یک طرف ممکن نیست.
هیچ تمایز دمایی قابل مشاهده ای توسط درب در طول مدت شبیه سازی به دست نیامده است. این نشان دهنده این واقعیت است که دیو ماکسول که مکرراً توسط ذرات ورودی مورد اصابت قرار می گیرد، گرم می شود و با ذرات گازی به تعادل حرارتی می رسد و بنابراین عملکرد تعیین شده خود را از دست می دهد. این دقیقاً توسط اسمولوچوفسکی یک قرن پیش اشاره شد. سیستم درب ذرات در تعادل حرارتی است و هر گونه تمایز دما در واقع توسط قانون دوم ترمودینامیک ممنوع است.
اساساً آنها دریافتند که احتمال انتقال از سمت سردتر به سمت گرمتر برابر با احتمال انتقال از سمت گرمتر به سمت سردتر است.
$P\left(\dot\theta,\,v_i\right)=P\left(-\dot\theta,\,-v_i\right)$
که θ˙ سرعت زاویه ای درب تله و $_i$ سرعت ذره i است که به دلیل اصل برگشت پذیری میکروسکوپی است.فرض کنید یک مولکول گاز با سرعت از جعبه سمت چپ به جعبه سمت راست می‌رود، در را باز می‌کند، می‌رود و در را روی فنر خود می‌لرزد. فنر می لرزد، در باز و بسته می شود. وقتی باز است، مولکول ها ممکن است در جهت اشتباه عبور کنند.
خوب، اما ممکن است استدلال کنید که درب فرو می نشیند و صدای تق تق متوقف می شود. چگونه؟ خوب، برای متوقف کردن تلو تلو خوردن در اطراف در، باید انرژی (گرمای) آن را در چیز دیگری از دست بدهید. مثلاً ممکن است به یک مولکول گاز برخورد کند و با سرعت زیاد به آن ضربه بزند (در را کندتر کند). کاری که ماشین پیشنهادی شما انجام می دهد این است که از این واقعیت استفاده می کند که گاز در دمای بالاتر از مکانیزم فنر درب برای استخراج کار مفید است. همانطور که سیستم درب فنر با گاز به تعادل حرارتی می رسد، دستگاه تولید نیرو را متوقف می کند.
شما می توانید یک سیستم خنک کننده برای سیستم درب فنری تهیه کنید. این می تواند دستگاه شما را روشن نگه دارد، اما البته در آن نقطه، این یک موتور حرارتی است که از اختلاف دمای بین گاز شما و حمام سرد استخراج می کند که فنر را خنک می کند.
این دقیقاً همان کاری است که شما انجام می دهید: "درب این انرژی را به دیوار پراکنده می کند. دیوارها عایق نیستند و بنابراین همیشه در دمای محیط هستند." - در این صورت دمای درب با ذرات برابر است و دستگاه کار نمی کند.
برای درک کمی از مشکل، می توانید فکر کنید که درب شما پس از ضربه زدن به آن می لرزد که معادل حافظه نسخه حافظه شیطان است. وقتی در را دوباره تنظیم میکنید (آن را خنک میکنید، بنابراین لرزش متوقف میشود) کاری معادل جایگزین کردن حافظه شیاطین انجام میدهیدI hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا
- برخلاف قانون دوم ترمودینامیک - نمی تواند یک ماشین حرکت دائمی باشد: منم میگم که برای حرکت تصادفی ذرات در محفظه پارویی، اجزای دستگاه باید در همان دما باشد. زیرا کل سیستم به عنوان در تعادل حرارتی تعریف میشود، بنابراین «کار مفید از هیچ!»). اجزای سیستم - و به ویژه پنجه ایاواون گیره که از بازگشت چرخ دندانه دار پس از حرکت خلاف جهت عقربه های ساعت جلوگیری می کند - نیز در حرکت حرارتی تصادفی خواهند بود.بله قطعا جز یک سیستم هست در نتیجه این خواهد بود که حرکت تصادفی پنجه به سمت بالا و پایین باعث می شود چرخ دندانه دار به همان اندازه که خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد، در جهت عقربه های ساعت بچرخد.پس کاری انجام نمیشه حتی در مقیاس نانو من اینطور فکر میکنم ببینید خیلی ساده و روان همانطور که من و شما تو درسهامون میخونیم یعنی تها یک سناریوی گرادیان: T1 > T2)، سیستم در واقع کار مفیدی انجام می دهد. : بالاخره در عدم تعادل است. دو نیمه این سیستم به طور جداگانه تصادفی هستند، اما تفاوت دما بین آنها یک فرآیند قطعی ایجاد می کند که اجازه می دهد یک رفتار منظم قابل مشاهده باشدنکته کلیدی که باید هنگام تجزیه و تحلیل جغجغه براونی به خاطر بسپارید این است که قانون دوم در کل سیستم های ایزوله اعمال می شود. پاروها از پنجه جدا نیستند. یک تجزیه و تحلیل صحیح نیاز به در نظر گرفتن کل سیستم پدالها / پنجه / سیال کاری دارد. اگر این کار را انجام دهید، متوجه می‌شوید که با گذشت زمان، کاهش آنتروپی ناشی از برخورد مولکولها به پدالها دقیقاً با افزایش آنتروپی ناشی از برخورد مولکولها به پنجه یا حرکت حرارتی خود پنجه جبران میشود و اجازه می‌دهد که پاروها به سمت عقب بروند.ببینید من طرحی اوردم برای مشاهده این به جغجغه اصلاح شده در نمودار نگاه کنید (قطعه مثلثی به فنر متصل شده است). ذره قهوه ای راحت تر به سمت راست حرکت می کند زیرا می تواند قطعه مثلثی را به سمت پایین فشار دهد، اما اگر در سمت راست باشد و سعی کند به سمت چپ حرکت کند توسط سطح عمودی متوقف می شود (هیچ راهی برای فشار دادن آن به پایین نیست). شهود ما به ما می‌گوید که ذره در جهت عقربه‌های ساعت، حتی در تعادل گرمایی، گردش می‌کند. 
