Connect with us

Pozdrav, koji sadržaj vas zanima?

Fizika

Maxwellov demon

Fizičar James Maxwell, poznat po svojim jednadžbama koje su temelj klasične elektrodinamike i teorijske elektrotehnike, smislio je 1867. hipotetski uređaj kojeg su fizičari kasnije nazvali Maxwellovim demonom.

Da bismo mogli shvatiti što je Maxwellov demon, prvo se moramo upoznati s pojmom entropije. Entropijom se označava porast nereda u nekom sustavu. Nered se u zatvorenom sistemu može samo povećavati ili ostati konstantan. Sa protokom vremena, ukupna entropija termički zatvorenog sustava koji nije u termodinamičkoj ravnoteži uvijek raste, težeći da dosegne najveću moguću vrijednost. To je drugi zakon termodinamike. Vjerojatno najpopularnija formulacija ovog zakona glasi: Entropija svemira uvijek raste.

Da bi ilustrirao zakone termodinamike Maxwell je osmislio demona. Demon je uređaj koji se sastoji od dvije komore podijeljene pregradom u kojima se nalazi plin. Demon je toliko brz da može razlikovati molekule, npr. po boji. Zamislimo jedan plin koji se sastoji od plavih i crvenih molekula. Brzim otvaranjem i zatvaranjem demon može propuštati molekule na način da na lijevu stranu propušta samo crvene i ne dopušta im prelazak na desnu, i da na desnu stranu propušta samo plave i ne dopušta im prelaz u lijevu komoru.

Nakon određenog vremena, demon bi mogao odijeliti plave i crvene molekule i tako urediti sustav. S demonom bi sustav postajao uređeniji s vremenom što proturječi zakonima termodinamike. Što bi se dogodilo? Može li se taj uređaj uopće konstruirati?

Odgovor je: ne može. Demon mora biti u kontaktu s kutijom i plinom koji je u kutiji da bi mogao pravovremeno reagirati (podignuti ili spustiti pregradu). To znači da demon i pregrada koju demon kontrolira moraju pretrpjeti niz sudara sa molekulama plina, barem kad je pregrada spuštena. U tim sudarima, demon se mora zagrijati i primiti na sebe dio topline koju plin sadrži. Kad demon postane otprilike iste temperature kao i plin, molekule u njegovim dijelovima moraju se gibati otprilike istim brzinama kakvima se gibaju molekule plina – zbog primljene topline demonu se podiže temperatura i njegovi dijelovi koji su molekularne preciznosti počinju se nekontrolirano i nasumično termalno (Brownovski) gibati. Ovo je i kraj preciznog demona.

Kako mu poluga drhti, demon ne može dovoljno brzo i dovoljno precizno pomicati polugu i on postaje neselektivan – podjednako propušta i plave i crvene molekule na obje strane. Demon se uravnoteži sa okolinom koju kontrolira i primi na sebe dio topline tako da mu temperatura postane jednaka temperaturi plina u kutiji.

Kada se to dogodi, cijeli sistem je u ravnoteži i nikakvo spontano uređenje sistema nije moguće.

Ostavi komentar

Leave a Reply

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Oglašavanje

Možda će vas zanimati

Fizika

Zamislite da ste u parku i gledate list na grani drveta. Znamo da se svjetlost odbija s lista u vaše oko, i tako doznajete...

Fizika

Izrađena je kvantno-mehanička verzija Maxwellovog demona, misaonog eksperimenta starog 150 godina. Demon je jednostavan i zasad iskazuje dobro ponašanje. Godine 1867. veliki fizičar James...

Životopisi velikana

Maxwellov rad na polju elektromagnetizma, Saturnovim prstenovima, molekularnim svojstvima plinova i trikromatskoj teoriji boja imao je veliki utjecaj na svijet. Nastavio je rad na...

Oglašavanje