Демон Максвелла
“Демон Максвелла – це всього лише простий уявний образ, – пишуть фізики Харві Лефф і Ендрю Рекс. – І все ж він кинув виклик кращим умам наукового світу, а рясна література про нього охоплює термодинаміку, статистичну фізику, квантову механіку, теорію інформації, кібернетику, питання меж обчислювальних потужностей, біологію, історію та філософію науки “.
Демон Максвелла – гіпотетичне розумна істота, придумане шотландським фізиком Джеймсом Клерком Максвеллом, нібито здатне порушити другий початок термодинаміки. В одній з ранніх формулювань цього почала теромодінамікі говориться, що повна ентропія (міра безладдя) замкнутої системи з плином часу зростає, наближаючись до деякого максимального значення. Крім того, закон стверджує, що тепло не може мимовільно перейти від холодного тіла до більш гарячого.
Щоб познайомитися з демоном Максвелла, уявімо собі дві посудини, А і В, з’єднаних невеликим отвором і містить газ при рівній температурі. Демон Максвелла може відкривати і закривати цей отвір, щоб пропускати крізь нього ті чи інші молекули. Уявімо далі, що демон дозволяє пройти через отвір з посудини А в посудину У лише швидко рухається молекулам, і, навпаки, ізВвА пропускає тільки повільні молекули. Таким шляхом демон підвищує кінетичну енергію (і температуру) газу в посудині В, яка може бути використана якимись пристроями для виробництва роботи. Це створює, як здається, лазівку, що дозволяє обійти Друге початок термодинаміки. Отже, демон Максвелла, мініатюрне істота – неважливо, живе чи механічне, – використовує випадкові, статистичні властивості молекулярного руху для зменшення ентропії. Якби якийсь вчений зміг створити така істота, світ отримав би невичерпне джерело енергії.
Одне з “рішень” проблеми демона Максвелла дав французький фізик Леон Брілюена (бл. 1950). Брілюена та інші вигнали демона, показавши, що ретельне спостереження за молекулами і відділення швидких молекул від повільних, що веде до зменшення ентропії газу в судинах, перекривається зростанням повної ентропії системи, так як для функціонування демону Максвела потрібна енергія від стороннього джерела.
Related posts:
- Про рівняння Максвелла Теорія електромагнітного поля була створена Максвеллом. Він запропонував свою знамениту систему диференціальних рівнянь (рівнянь Максвелла), які дозволяють знайти вектори EF і BF в будь-якій точці заданої області простору по відомим джерелам – зарядам і токам49. Рівняння Максвелла лягли в основу електродинаміки і дозволили пояснити всі відомі на той момент явища електрики і магнетизму. Але мало […]...
- Короткий зміст поеми “Демон” Лермонтова Демон літає над землею і згадує часи, коли він був ангелом. Колись давно він любив і не знав злоби, але вже багато століть блукає по світу і сіє зло. Однак і це заняття набридло йому. Пролітаючи над Грузією, Демон бачить дівчину неймовірної краси – Тамару. Вона пробуджує в ньому давно забуте їм почуття любові. Демон […]...
- Термодинаміка (формули) Внутрішня енергія одного моля одноатомного ідеального газу: Робота газу при розширенні (стисканні): Перший закон термодинаміки ΔU = Q – A; Q = ΔU + A. Рівняння Пуассона для адіабати: Робота газу в адіабатичному процесі: A = CV(T2 – T1). Формула Р. Майєра: Cp = CV + R. Молярна теплоємність при постійному об’ємі: Молярна теплоємність твердого […]...
- Демон Лапласа У 1814 р французький математик П’єр Симон Лаплас описав істота, пізніше назване демоном Лапласа, яке було б здатне передбачити усі майбутні події за умови, що йому відомі положення маси і швидкості кожного атома у Всесвіті і закони, що керують їх рухом. “З роздумів Лапласа випливає, – пише фізик Маріо Маркус, – що якщо ми повинні […]...
- Рівняння Максвелла Ми закінчили вивчення фундаментальних законів електромагнітних явищ. Основою нашого погляди на ці явища є концепція електромагнітного поля, суть якого можна коротко виразити таким чином: – Деякі частинки мають електричним зарядом, фізичною характеристикою, що вказує, що вони беруть участь в електромагнітних взаємодіях; – Електричні заряди існують двох типів (позитивні і негативні), електричний заряд замкнутої системи зберігається, […]...
- Другий і третій початок термодинаміки Термодинамічний опис різних фізичних процесів з використанням тільки першого закону термодинаміки є неповним, оскільки не враховує факту існування в природі незворотних процесів. Для побудови адекватної теорії треба було введення додаткового постулату, що отримав назву другого початку термодинаміки. Введення цього почала дозволило розділити опис рівноважних (оборотних) і нерівноважних (необоротних) процесів. До категорії оборотних відносяться процеси, для […]...
- Який псевдонім був у Максвелла? Наукові праці англійського фізика Джеймса Максвелла (1831-1879), творця класичної електродинаміки, досі захоплює нас витонченістю і строгістю викладу. Але мало хто знає, що він був відомим свого часу поетом. Причому поетом, який прославився серед знавців не тільки талановитими творами, а й вельми незвичайним псевдонімом. Він вибрав в якості псевдоніма математичний вираз, похідна імпульсу за часом: dp […]...
- Другий закон термодинаміки Як і перший закон, другий закон термодинаміки представляє собою узагальнений опис явищ природи. У своїй класичній”формулюванні він стверджує неможливість побудови машини, що працює постійно за рахунок тепла, що переноситься від менш нагрітого до більш нагрітого тіла. Цю формулювання можна спростити, сказавши, що теплота завжди переноситься в напрямку зменшення температури, подібно молекулам стисненого газу, які завжди […]...
- Тамара в поемі “Демон” Лермонтова Твір “Демон” Михайло Юрійович Лермонтов писав протягом десяти років. Її сюжетом, передбачається, стала частина життя самого письменника. Часом він говорив, що вважає свою душу схожою з характером Демона. Поема тривалий час не друкувалася через цензурних заборон, але врешті-решт була опублікована. Письменник знайомить читачів з княжною Тамарою. Відомо, що героїня є молодий княжною. Вона живе у […]...
- Принципи Максвелла Звернемося до закону Ома (41.2). Перепишемо його у вигляді: u = iZ, або, з урахуванням (41.3): u = i (R + XL) = iR + iXL = iR + iωL (43.1). Зауважимо, що в (43.1) зліва стоїть миттєве значення напруги генератора. Значить, справа знаходиться сума двох величин, вимірюваних в вольтах. Нас цікавить другий доданок, що […]...
- Аналіз поеми Лермонтова “Демон” Головною темою творів Лермонтова виступає особистість, і її конфлікт з навколишнім світом. Бунтівні герої марно борються з дійсністю, але в кінцевому підсумку, приречені на самотність. Лермонтов протиставляє свободу гніт самодержавства. В результаті головні герої творів самотні, зламані і безсилі в своїх спробах змінити дійсність. Поема “Демон” є однією з улюблених у творчості автора, написана вона […]...
- Розподіл Максвелла Молекули газу при своєму русі постійно стикаються. Швидкість кожної молекули при зіткненні змінюється. Вона може зростати і спадати. Однак середньоквадратична швидкість залишається незмінною. Це пояснюється тим, що в газі, що знаходиться при певній температурі, встановлюється деякий стаціонарне, з часом не змінюється розподіл молекул за швидкостями, яке підпорядковується певному статистичному закону. Швидкість окремої молекули з часом […]...
- Твір “Тамара в творі Лермонтова Демон” У творі Лермонтова “Демон” розповідається дивовижна історія, наповнена різними фантастичним подіями, які змушують читача уважніше вчитуватися в творі, шукаючи приховані смисли і посили. Хоч і персонажів у творі небагато, але автор розкриває кожного з них по особливому, що дає кожному з персонажів свій унікальний образ, що запам’ятовується. Одним з таких персонажів стала Тамара. Тамара – […]...
- Образ і характеристика Тамари в поемі “Демон” Одним з основних персонажів твору є Тамара, образ якої протиставляється головному герою поеми Демонові. Тамара описується в полуреалістічном образі надзвичайно красивої жінки, яка має божественними ніжками, вологим, таємничим поглядом, невловимою посмішкою. Героїня характеризується поетом в образі жіночої принадності, недосвідченості, чистоти, душевної гармонії, дитячої незахищеності, риси яких повністю відсутні в фантастичному образі Демона. Сюжетна лінія твору […]...
- Рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу Тиск газу на стінку посудини створюється ударами про неї молекул газу, при яких відбувається зміна імпульсів молекул і стінки. Очевидно, тиск газу на стінки посудини тим більше, чим більший імпульс передають молекули стінці, а імпульс молекули, як вам відомо, залежить від маси молекули т0 і від швидкості її руху v. Оскільки макроскопічне тіло складається з […]...
- Тиск газу – конспект У тому, що газ тисне на стінки посудини, найпростіше переконатися, поторкавши надутий повітряна кулька або накачаний м’яч. Чому газ чинить тиск? Це може здатися дивним. Адже молекули в газах знаходяться на порівняно великих відстанях один від одного і не “впираються” один в одного – значить, вони не “впираються” і в стінки судини. Через що ж […]...
- Третій закон термодинаміки – доповідь Пам’ятайте красиве слово “ентропія”? Для тих, хто призабув, нагадаємо, і спробуємо розповісти про те, що таке ентропія таке простими словами: Ентропія – це міра хаосу в будь-якій системі. В якості системи може виступати Ваш письмовий стіл або каструля з борщем, або навіть ця, ну як її… Всесвіт! Чим менше в системі порядку, тим більше ентропія. […]...
- Перший закон термодинаміки – коротко Нагадаємо, що внутрішню енергію макроскопічної системи можна змінити шляхом теплопередачі або при здійсненні роботи. Припустимо, що над системою одночасно відбувається робота А ‘і їй повідомляється деяка кількість теплоти Q. Наприклад, газ, що знаходиться в циліндрі під поршнем, стискають і передають йому деяку кількість теплоти. Механічна енергія системи при цьому не змінюється. Отже, Зміна внутрішньої енергії […]...
- Ізопроцесси Протягом цього розділу ми будемо дотримуватися наступного речення: маса і хімічний склад газу залишаються незмінними. Іншими словами, ми вважаємо, що: – m = const, тобто немає витоку газу з посудини або, навпаки, припливу газу в посудину; – р = const, тобто частки газу не відчувають будь-яких змін (скажімо, відсутня дисоціація – розпад молекул на атоми). […]...
- Методи розрахунку термодинамічних процесів Розглянуті в попередніх розділах початку термодинаміки можуть бути застосовані до розрахунку різних термодинамічних процесів, як для рівноважних, так і для нерівноважних систем. Для розрахунку рівноважних систем найбільш кращим є метод термодинамічних потенціалів. Цей метод дозволяє розраховувати параметри стану без детального аналізу всіх процесів, що протікають при переході термодинамічної системи з одного рівноважного стану в інший. […]...
- Тиск газу – коротко Молекули газу, безперервно рухаючись, стикаються зі стінками посудини, діючи на них з деякою силою. При ударі об спочиваючу стінку молекула передає їй імпульс. При цьому імпульс самої молекули змінюється. Тиск – параметр макроскопічний, т. є. Характеризує макроскопічну систему в цілому. Його значення залежить від мікроскопічних параметрів: від маси молекул і швидкості їх руху. У різні […]...
- Ентропія і термодинамічна ймовірність Другий закон термодинаміки стверджує, що всі необоротні процеси (а такими є практично всі теплові процеси, в усякому разі, всі процеси, які протікають природно) йдуть так, що ентропія тіл, які беруть у них участь, зростає, прагнучи до максимального значення. Максимальне значення ентропії досягається тоді, коли система приходить в рівноважний стан. Разом з тим вище вже зазначалося, […]...
- Принцип Ле Шательє-Брауна Розглянуте вище опис оборотних термодинамічних процесів за допомогою термодинамічних потенціалів не дозволяє зробити висновок про стійкість того чи іншого рівноважного стану. Загальна умова стійкості рівноваги ізольованих систем може бути сформульовано на основі закону зростання ентропії. З цього закону випливає, що зростання ентропії ізольованої системи відбувається до тих пір, поки в ній не загасають всі незворотні […]...
- Перший закон термодинаміки: визначення Перше начало (перший закон) термодинаміки – це закон збереження і перетворення енергії для термодинамічної системи. Відповідно до першого початку термодинаміки, робота може відбуватися тільки за рахунок теплоти або якоїсь іншої форми енергії. Отже, роботу і кількість теплоти вимірюють в одних одиницях – джоулях (як і енергію). Перший початок термодинаміки був сформульований німецьким вченим Ю. Л. […]...
- Ідеальний газ Основні властивості тіла визначає спільну дію двох конкуруючих факторів: Взаємодія молекул, яке прагне утримати молекули на певних відстанях один від одного; хаотичний тепловий рух молекул, яке розкидає їх по всьому об’єму. Як показує досвід, молекули газу розподіляються по всьому наданому для нього обсягом. Отже, головну роль в поведінці газу грає хаотичний рух молекул, а сили […]...
- Рух тепла Які процеси можуть протікати в ізольованій системі мимовільно? Чи залежить зміна внутрішньої енергії системи від шляху (способу) її переходу з одного стану в інший? Чи достатньо тільки закону збереження енергії для опису можливих мимовільних процесів в ізольованих системах. Урок-лекція ПЕРШИЙ ЗАКОН (ПЕРШЕ ПОЧАТОК) ТЕРМОДИНАМІКИ. Уявімо, що ми вивчаємо систему матеріальних тіл (це може бути сукупність […]...
- Неможливість створення вічного двигуна Довгий час вчені робили спроби створення вічного двигуна, т. є. Такого пристрою, який здійснювало б механічну роботу тільки за рахунок внутрішньої енергії, не отримуючи енергії ззовні. З першого закону термодинаміки випливає неможливість створення такого двигуна. Дійсно, якщо до системи не підводять енергію, т. Е. Q = 0, то робота буде відбуватися тільки за рахунок внутрішньої […]...
- Три початка термодинаміки Аналогами трьох законів Ньютона в механіці, є три початку в термодинаміки, які пов’язують поняття “тепло” і “робота”: Нульовий початок термодинаміки говорить про термодинамічній рівновазі. Перший початок термодинаміки – про збереження енергії. Другий закон термодинаміки – про теплових потоках. Третій закон термодинаміки – про недосяжність абсолютного нуля. Загальна (нульовий) початок термодинаміки Загальна (нульове) початок термодинаміки говорить, […]...
- Еквівалентність теплоти і роботи Перший закон термодинаміки відображає той факт, що внутрішня енергія системи може бути змінена як у процесі здійснення роботи, так і в результаті теплопередачі. Робота і кількість теплоти є заходами зміни внутрішньої енергії системи при різних процесах. Очевидно, що внутрішня енергія системи може бути змінена на одне і те ж значення тільки при передачі їй деякої […]...
- Термодинаміка і статистична фізика Модель термодинамічної системи (класичний приклад – газ в посудині під поршнем) можна розглядати як варіант моделі суцільного (безперервної) середовища. Специфіка термодинаміки визначається особливими термодинамічними величинами: температурою T, кількістю теплоти Q, внутрішньою енергією U, ентропією S44. Ці параметри вводяться поряд з типовими для безперервного середовища параметрами тиску і щільності. Крім того, в рівноважної термодинаміки, про яку […]...
- Перший початок термодинаміки: доповідь Перший закон (початок) термодинаміки, або закон збереження енергії в теплових процесах: кількість теплоти, повідомлене системі, витрачається на здійснення роботи системи проти зовнішніх сил і на збільшення її внутрішньої енергії: Q = ΔU + A, де Q – кількість теплоти, отримане системою ; ΔU – зміна внутрішньої енергії системи; A – робота, здійснена системою. Очевидно, що […]...
- Перший закон термодинаміки Енергія замкнутої системи взаємодіють між собою тіл, що залежить від їх швидкостей, положення, температури, форми, хімічного складу і т. п., залишається незмінною. Молекулярна фізика пояснює властивості тіла, розглядаючи рух молекул або атомів, з яких воно складається, і взаємодія між ними. Однак у багатьох випадках характеристики руху і взаємодії між частинками тіла залишаються невідомими, і тоді […]...
- Термодинаміка Дослідження процесу перетворення теплоти в роботу і назад, здійснені в XIX в. С. Кална, Р. Майєром, Д. Джоулем, Г. Гемгольцем, Р. Клаузиусом, У. Томсоном (лордом Кельвіном), призвели до висновків, про які Р. Майер писав: “Рух, теплота… електрику являють собою явища, які вимірюються один одним і переходять один в одного за певними законами “[3]. Г. Гемгольц […]...
- Модель реального газу Ідеальний газ – найпростіша модель ваза, найпростіша макроскопічна система. Реальні гази підкоряються законам, записаним для цієї моделі, лише з тією чи іншою мірою точності при певних, не надто високих значеннях тиску і не дуже низьких значеннях температури. Чим більше факторів враховано при побудові моделі, тим точніше вона відображає об’єктивну реальність. Уточнимо модель ідеального газу і […]...
- Оборотні процеси У розділі “Теплові машини” ми відзначили, що ізотермічні і адіабатні процеси роблять машину Карно оборотною, але не пояснили – чому. Крім того, ми сказали, що всі реальні процеси необоротні. Як це поєднати з згаданої оборотністю циклу Карно? Насамперед, потрібно розповісти про найважливішу (поряд з ідеальним газом) ідеалізації в термодинаміки – рівноважних оборотних процесах. Рівноважний стан […]...
- Неможливість вічного двигуна першого роду Відповідно до першого початку термодинаміки система, яка поставлена в такі умови, що вона не може отримувати теплоту від оточуючих її тіл, може здійснювати роботу лише за рахунок убутку своєї внутрішньої енергії. Будь-яка система має певний запас внутрішньої енергії, тому і робота, яку вона може зробити, обмежена запасами в нутренней енергії і з цієї причини є […]...
- Розрахунок тиску рідини на дно і стінки судини Розглянемо, як можна розрахувати тиск рідини на дно і стінки посудини. Вирішимо спочатку завдання для посудини, що має форму прямокутного паралелепіпеда. Сила F, з якою рідина, налита в цю посудину, тисне на його дно, дорівнює вазі Р рідини, що знаходиться в посудині. Вага рідини можна визначити, знаючи її масу m. Масу, як відомо, можна обчислити […]...
- Кінетична теорія Уявіть собі пакет з тонкого пластику, наповнений дзижчать бджолами, які випадковим чином натикаються один на одного і на стінки пакета. Якщо бджоли почнуть носитися з більшою швидкістю, їх жорсткі тіла будуть впливати на стінки пакету з більшою силою, змушуючи його роздуватися. Бджоли тут – це образ атомів і молекул газу. Кінетична теорія газу пояснює його […]...
- Конфігурація молекул При грі в кості число сім випадає частіше, ніж будь-яке інше число, тому що воно утворюється в результаті більшого числа довільних комбінацій інших чисел. Абсолютно з тих же міркувань число молекул, що знаходяться в якомусь даному стані (конфігурації), буде залежати від кількості енергетичних рівнів, що відповідають даній конфігурації і доступних для молекул. Переважатимуть конфігурації, відповідні […]...
- АНГЕЛ І ДЕМОН – Жан Ніколя Рембо Jean Nicolas Arthur Rimbaud (1854-1891) – Початок епохи – ізмів у літературі …я з роду тих, хто співає перед стратою; я не розумію законів; немає в мене моралі; я дикун… Артюр Рембо “АНГЕЛ І ДЕМОН” Всього чотири роки, присвячені творчості… І цього виявилося достатньо, щоб увійти на світовий олімп літератури?! Погодьтеся, це зміг би зробити тільки справжній геній… Його поезія вплинула на багатьох митців XX століття. Вона […]...