Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Смородинский Я.А. -> "Температура" -> 56

Температура - Смородинский Я.А.

Смородинский Я.А. Температура — Температура, 1981. — 160 c.
Скачать (прямая ссылка): temperatura1981.djvu
Предыдущая << 1 .. 50 51 52 53 54 55 < 56 > 57 .. 58 >> Следующая

двигателя. У него есть только один недостаток - он так же неосуществим.
Ясно, что дело в демоне и что ему приписаны какие-то свойства,
противоречащие законам физики. Парадокс был разрешен Сциллардом в 1928 г.
Прежде всего выясним, какой величины должен быть демон по сравнению с
размерами молекул.
Если бы демон состоял из одной или нескольких молекул, то он сам совершал
бы броуновское движение и в его системе координат (скорость которой будет
хаотически изменяться) ему трудно было бы измерить скорость других
молекул и он не мог бы стоять все время около дверцы, чтобы вовремя ее
открывать и закрывать. Отсюда следует сделать вывод, что демон должен
быть маленький и тяжелый, чтобы он мог стоять около входа практически
неподвижно. Но тогда нас ждет другая неприятность: удары молекул не
смогут сдвинуть его с места, и чтобы почувствовать эти удары, измерить
скорость этих молекул, у него в руках должен быть легкий прибор, который
отзывался бы на эти удары, например легкая пластинка, подвешенная на
нитке. Но какого размера должна быть пластинка? Если очень маленькая, то
она не будет стоять неподвижно... И все рассуждения повторяются сначала.
153
Чтобы демон мог выполнять свои функции, надо его самою или его прибор
держать при очень низкой температуре, например, охлаждая все время жидким
водородом. Тогда его тепловое движение прекратится и он сможет измерять
скорости молекул. К тому же ему не обязательно считать отдельные
молекулы, и он может следить за флуктуациями потоков, открывая дверцу,
когда температура немного повысится из-за флуктуаций.
Таким путем демон смог бы в принципе извлекать энергию из хаотического
движения, но из этих его действий нельзя было бы извлечь пользу. Энергия,
затраченная на охлаждение самого демона, на подавление его собственных
флуктуаций, его броуновского движения, по меньшей мере была бы равна
энергии, им заработанной *).
Получение любой информации в нашем мире требует затраты энергии.
Второй закон термодинамики нарушить нельзя. Это один из самых могучих
законов нашего мира. Обойти этот закон нельзя и в электрической цепи.
Было бы соблазнительно получить энергию, используя ток, случайно
возникающий в замкнутой цепи. Здесь демоном могла бы служить простая
электроплитка, которая бы нагревалась пропорционально квадрату тока (по
закону Джоуля-Ленца). Поскольку никакой ток не может охлаждать плитку, то
суммарный эффект будет всегда положительный: редко и немного, но плитка
будет греться!
Новое рассуждение почти правильно. Мы на самом деле подошли к идее
вечного двигателя второго рода. К сожалению, и здесь нам помешают
флуктуации температуры самой плитки. Ее температура будет изменяться,
хаотически увеличиваясь и уменьшаясь, независимо от величины тока.
Если же мы подавим флуктуации в плитке, поместив ее в холодильник, то
идея сработает - тепло потечет от электрической цепи в холодильник, но
это уже будет обычная тепловая машина с нагревателем - комнатой.
*) Серьезно говоря, это означает, что прибор для извлечения энергии из
флуктуаций не может быть ни молекулярных размеров, ни макроскопических. В
обоих случаях из него нельзя было бы извлечь никакой практической пользы.
154
Но из каждой истории надо уметь извлекать пользу. Есть она и в нашей
истории. Так как никакой демон не может нарушить второго начала
термодинамики, даже используя самые хитрые приспособления, то отсюда
следует, что законы флуктуаций не могут зависеть от деталей приборов, а
определяются лишь температурой, давлением и другими макроскопическими
параметрами. Именно поэтому измерение флуктуаций оказывается самым лучшим
решением старой задачи: как измерить температуру?
Мораль состоит в том, что никакое механическое приспособление не может
помочь в преодолении ограничений, накладываемых общим законом возрастания
энтропии.
ВВЕРХ ПО ШКАЛЕ ТЕМПЕРАТУР
Вернемся к идеальному газу. Шарики, не сталкивающиеся между собой,
оказались хорошей моделью для описания многих свойств газа, который
находится в тепловом равновесии. Эту модель и использовали физики
прошлого века. Но тогда еще не знали, что атомы не шарики, а что это
сложные системы, состоящие из многих частиц. Поэтому вполне уместно
задать вопрос: до каких пор мы можем не думать о том, что в атомах есть
электроны и ядра, а считать их просто материальными точками, имеющими
только три степени свободы? Ответ связан с квантовой механикой. В атоме
электроны движутся не свободно и нельзя, слегка толкнув нх, добавить им
энергию, подобно тому как атом изменяет свою энергию, сталкиваясь с
другим атомом или со стенкой. Чтобы электроны в атоме изменили свое
дгиже-ние или, как принято говорить, изменили свое состояние, надо
передать им не сколь угодно малую порцию энергии, а конечную, отвечающую
энергии возбуждения атома. Атом (подобно тому как это было у спинов в
магнитном поле) может находиться лишь в состояниях с определенной
энергией. В обычных атомах энергия возбуждения составляет десятые доли
Предыдущая << 1 .. 50 51 52 53 54 55 < 56 > 57 .. 58 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed