Демоны Максвела возвращаются!

Сообщение №8988 от pm 21 января 2003 г. 20:48
Тема: Демоны Максвела возвращаются!

Известное мне доказательство второго закона термодинамики опирается на T-симметрию (инвариантность законов физики относительно поворота времени в обратную сторону). T-симметрична не только ньютоновская механика, но и почти все остальные физические теории. Почти, но не все. Например электродинамика сама по себе T-симметрична, но если добавить а нее монополи Дирака эта симметрия пропадает (остается только CPT-симметрия).
Существование монополей сомнительно. Но если более глубоко изучить доказательство, то можно заметить что там требуется несколько более сильное, нежели T-симметрия, условие - назовем его "локальной" T-симметрией. Точнее требуется возможность обратить время для отдельного короткого события не затрагивая всю систему. Механика такой "локальной" симметрией обладает, а электродинамика уже нет. Внешнее магнитное поле не дает обратить время.

Классический демон Максвелла (назовем его демоном первого рода) не может работать находясь в термодинамическом равновесии со средой - он не сможет отличить холодную частицу от горячей. В то же время будучи холоднее среды он будет нагреваться, так как вынужден обмениваться энергией с частицами для измерения их скорости.
Пусть теперь частицы будут обладать электрическим зарядом. Рассмотрим демона Максвелла второго рода - он будет пропускать в одну сторону положительно заряженные частицы, а в другую - отрицательно заряженные. Таким образом создается разность потенциалов которую можно превратить в ток. Такой демон уже не противоречит законам физики.
Рассмотрим конкретную реализацию такого демона. Пусть у нас есть две параллельные пластины из материала способного излучать (и поглощать) электроны. Поместим эти пластины параллельно на небольшом расстоянии друг от друга и создадим магнитное поле, направленное вблизи одной пластины вверх, а вблизи другое - вниз. На самом деле для создания такого поля надо поместить проводник между пластинами, но будем считать что он не мешает пролету электронов. Что будет происходить с электроном вылетевшим из одной пластины? Под действием магнитного поля он начнет поворачивать в одну сторону, а подлетая ко второй поворачивать в другую. Таким образом он чуть-чуть сместится относительно того направления, в котором он вылетел. Но если электрон вылетает из второй пластины то он сместится в том же направлении, что и первый. То есть потечет ток.
Создать такую конфигурацию поля практически не возможно. Но на самом деле она не нужна - достаточно что бы магнитное поле было неоднородным. В физике плазмы рассматривают различные дрейфы. Один из них - дрейф заряда в неоднородном магнитном поле. В его уравнении явно присутствует температура (правда под названием кинетическая энергия). То есть если создать в плазме неоднородное поле - в ней потечет ток! Сила тока (при отсутствии напряжения) будет прямо пропорциональна температуре, производной магнитного поля (при условии параллельности силовых линий) и заряду, но обратно пропорционально магнитному полю. Правда в отсутствии электрического поля такой ток не может совершить работу, но слабое электрическое поле не может качественно изменить картину и позволит получать энергию. Уравнение, описывающее этот дрейф при наличии электрического поля будет значительно сложнее.
Я смоделировал отдельную частицу в таком поле - она действительно замедлялась.
Наверно более практично будет рассмотреть поведение частици вблизи тонкого проводника в электрическом поле направленому по току в проводнике. Эта модель существенно трехмерная, и на языке R ее описать сложнее.
Мы убедились что к плазме не применим второй закон термодинамики. Что это означает (кроме возможности создания вечного двигателя)? Как мы обнаружили неоднородное поле может порождать ток, который берет энергию из тепла. Этот ток в свою очередь тоже создает магнитное поле, которое взаимодействует с внешним полем. Например в Токомаке магнитное поле используется для удержания горячей плазмы. Это поле не может быть однородным, а значит приведет к появлению токов. Так как температура очень велика токи будут большими, даже если магнитное поле сделано максимально однородным и сильным. И они могут изменить конфигурацию этого поля позволив плазме вырваться из ловушки. Получается что плазма "использует" энергию, которую ей передают для нагрева на разрушение ловушки. Процессы в плазме очень сложны - там вполне может возникнуть самоорганизация. Если там возникрит какая-то устойчивая конфигурация, то она будет остывать. Не это ли является причиной низкой температуры солнечных пятен? Если у самоорганизующихся структур есть источник энергии, они могут реплецироваться - то есть возможна плазменные формы жизни?
Какие еще могут быть применения этого эффекта? Он может приводить к уменьшению температуры плазмы - можно ли его использовать для этого? Например при торможении космического корабля в атмосфере образуется плазма - возможно если корабль обладает неоднородным магнитным полем он мог бы тормозить эффективнее. Огонь - тоже плазма. Возможно неоднородным магнитным полем его можно остудить и погасить? Какое средство для тушения пожаров!

Простая модель на языке R.


Отклики на это сообщение:

Короче так, берём диод подключенный паралелльно конденсатору и помещаем его в среду с повышенной температурой. Возникают шумовые токи и конденсатор заряжается. Привет от Дьявола Максвелла или как?

С интересом Д.


Не совсем. Без внешнего магнитного поля все обратимо. То есть внешнее поле необходимо.
Более того, схему с однородным полем я придумать не смог (хотя вроде ни что не мешает ее существованию).
В физике плазмы известен дрейф в неоднородном магнитном поле. Этот дрейф зарядозависимый - то есть создает ток. В его уровнение явно входит кинетическая энергия частицы (можно считать - температура, но в книжках почему то про это "забывают"). При этом этот ток способен течь против электрического поля - то есть совершать работу. На картинке показана модель для изолированной частицы. На картинке она летит вверх в полном соответствии с теорий. При этом она "остывает" - то есть скорость ее уменьшается, что видно по растоянию между точками. Смещение в право вызвано другим дрейфом, который зарядонезависимый и не совершает работы (или совершает, но энергию берет из электрического поля). Этот дрейф может помешать практической реализации, но на теорию не влияет.


> Не совсем. Без внешнего магнитного поля все обратимо. То есть внешнее поле необходимо.
> Более того, схему с однородным полем я придумать не смог (хотя вроде ни что не мешает ее существованию).

Однородным магнитным полем? Имею идею как создать однородное РАДИАЛЬНОЕ магнитное поле(для восьмушки шара).

С уважением Д.


В случае, когда силовые линии не паралельны, тоже возникают дрейфы. Возможно их тоже можно использовать для охолаждения плазмы и получания энергии. Но они устроены значительно сложнее и я не понял подойдут ли они.
Пока мне хочется исследовать поле одного тонкого проводника - по моему уже оно подойдет.

PS Если не секрет, как получить радиальное поле? Что-то типа катушки, наботаной на конус? Как то у меня не получается (совсем физику забыл).


Если я правильно понимаю работу нормального диода, то к нему подхотят рассуждения из Фесмановских лекций о храповичке. То есть диод сам, будучи горячим, будет этот конденцатор зарежать противоположным образом и оба процесса компенсируются.


> В случае, когда силовые линии не паралельны, тоже возникают дрейфы. Возможно их тоже можно использовать для охолаждения плазмы и получания энергии. Но они устроены значительно сложнее и я не понял подойдут ли они.
> Пока мне хочется исследовать поле одного тонкого проводника - по моему уже оно подойдет.

> PS Если не секрет, как получить радиальное поле? Что-то типа катушки, наботаной на конус? Как то у меня не получается (совсем физику забыл).

Не совсем, намотка происходит на поверхность куба(прочная картонная коробка итп.) но по окружности - слышится напутанно, но просто как день.
Кстати когда я мотал конусные катушки, то пытался теоретически предсказать ход линий. Пришёл к двум возможным вариантам - магнитные линии остаются параллельными оси катушки ИЛИ магнитные линии расходятся радиально и параллельны на краях самой поверхности конуса.

На практике получил третий вариант, можете гадать или пробовать повторить мой эксперимент - можно сравнить варианты Ваших ответов и возможное объяснение мной или Вами увиденного.

С уважением Д.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100