麦克斯韦的妖,物理学界假想的妖

时间:2023-03-27 10:12:14编辑:揭秘君

第二类永动机

麦克斯韦妖是什么,物理学界中假想存在的妖怪

我们知道永动机是不可能存在的,于是人们想到了第二类永动机,这个麦克斯韦妖就是第二类永动机的范例。人们想着,是否能够设计出一类从海洋、大气甚至是宇宙中西区热量的装置。

麦克斯韦妖是什么,物理学界中假想存在的妖怪

而这个装置所吸收的热量最终是能够作为驱动永动机的源头,于是后来在1881年,有个叫做约翰·嘎姆吉开始着手设计了一个装置,这一装置利用海水的热量将液氨汽化,推动机械运转。

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但是这一装置无法持续运转,因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化,因而不能完成循环。而热力学第二定律的内容,说明了第二类永动机的不可能,所以物理学界的这个妖怪,也只能存在于假想之中,不可能真是存在。

麦克斯韦妖是什么?

麦克斯韦妖(Maxwell's demon),是在物理学中假想的妖,能探测并控制单个分子的运动,于1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。

当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他无法清晰地说明这种机制。他只能诙谐地假定一种“妖”,能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。

麦克斯韦妖是什么?

扩展资料

简单描述就是一个绝热容器被分成相等的两格,中间是由“妖”控制的一扇小“门”,容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击,“门”可以选择性的将速度较快的分子放入一格,而较慢的分子放入另一格。

这样,其中的一格就会比另外一格温度高,可以利用此温差,驱动热机做功。这是第二类永动机的一个范例。

在1981年,Bennett的论文表明,麦克斯韦妖控制“门”使分子从一格进入另一格中的耗散过程,并不是发生在衡量过程中,而是发生在妖的对上个分子判断“记忆”的去除过程,且这个过程是逻辑不可逆的。


物理学界假想的妖

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这个所谓的“妖怪”是与热力学第二定律有关的,这个定律的表述为:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。

麦克斯韦妖是什么,物理学界中假想存在的妖怪

在1871年,物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性,而设想了这样的一个妖怪,它能够探测并控制单个分子的运动。

麦克斯韦妖是什么,物理学界中假想存在的妖怪

这个妖的出现,是由于麦克斯韦意识到了自然界存在有一种与熵增加相抵抗的能量控制机制,而这个熵是热力学中的单位,它的物理意义是表示体系混乱程度的度量。

麦克斯韦妖是什么,物理学界中假想存在的妖怪

但又由于麦克斯韦没有办法清晰的说明这种机制究竟是怎样的,就干脆假想除了一个妖怪,这也就是物理学中的妖了,它能够按照某种秩序好规则,吧作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。

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