Фейнмановские лекции по физике.

[anik]

Что-то в этом вечном движении есть завораживающее!

[Vnyk]

Neloth в сообщении #704355 писал(а):

А нагреваются они в результате затухания колебаний, которое с равным успехом происходит и в собачке, и в колесике и даже просто в оси.

В предыдущем сообщении не поставил знак вопроса. Так в сосуде с колёсиком температура всё-таки повысится или нет? Мне кажется, что хотя бы на небольшую величину, но повысится. А для повышения температуры можно последовательно включить несколько таких устройств. Вертушка второго устройства будет находится в сосуде с колёсиком первого устройства. Так как температура в сосуде с колесиком первого устройства будет чуть выше, то молекулы будут передавать вертушке чуть больше механической энергии. Соответственно, в сосуде с колёсиком второго устройства температура будет больше, чем в сосуде с колёсиком первого устройства. А по отношению к окружающей среде температура во втором сосуде повысится вдвое. Включив последовательно n устройств, увеличим температуру по отношению к температуре окружающей среды в последнем устройстве в n раз. Естественно, что все сосуды дополнительных устройств должны быть адиабатически изолированны друг от друга и окружающей среды. Получился как бы многоступенчатый тепловой насос.
Вот и хотелось бы знать, всё-таки заработает такое устройство или нет. А то у меня есть ещё один вариант преобразования хаотичного движения вертушки в полезную работу.

[parton aka]

(Оффтоп)

Vnyk в сообщении #704636 писал(а):

Вот и хотелось бы знать, всё-таки заработает такое устройство или нет. А то у меня есть ещё один вариант преобразования хаотичного движения вертушки в полезную работу.

Если Вам нравится ходить по кругу, покачивая длинными ушами...валяйте(может это "судьба злодейка"). Вот только "грабли" будут лежать там же.... .

[Neloth]

Vnyk в сообщении #704360 писал(а):

Так в сосуде с колёсиком температура всё-таки повысится.

Вообще не должна. Когда вы передаете с помощью оси момент, движение ее частиц приобретает некоторую нехаотическую составляющую, которую мы можем описать как распространение деформации. Если это видимых размеров ось, к которой прикладывается вполне ощутимый момент, эта составляющая неиллюзорно выделяется на фоне тех конвульсий, которые мы воспринимаем как температуру материала. Но здесь мы имеем дело с деформациями, которые сами по себе вызваны хаотическим движением частиц и вряд ли сильно от него отличаются. Я бы предположил, что, если они действительно могут возникать на поверхности, контактирующей с жидкостью, и распространяться по материалу, как это требуется, чтобы механизм работал, они также могут спонтанно возникать и в самом материале, и на поверхности, контактирующей с другим твердым телом. В этом случае собачка время от времени передавала бы колесику слишком большой импульс. Сама бы она при этом охлаждалась, а в колесике возникали деформации так же, как это происходило бы в вертушке от ударов молекул жидкости. Чтобы сказать точнее, нужно определить, на что конкретно можно рассчитывать, пытаясь извлечь механическую энергию из броуновского движения, а затем выяснить, какие процессы происходят в материале на том уровне, о котором идет речь.

Vnyk в сообщении #704636 писал(а):

А для повышения температуры можно последовательно включить несколько таких устройств. Вертушка второго устройства будет находится в сосуде с колёсиком первого устройства.

Вот это точно работать не будет. Если на поверхности твердого тела часть тепловой энергии способна преобразовываться в механическую и отводиться в глубь материала — это также будет происходить на поверхности колесика и собачки. Среда, в которой они находятся, будет отдавать им часть теплоты, а они — в виде механических колебаний передавать ее в сосуд с вертушкой.

[Munin]

Vnyk в сообщении #704636 писал(а):

Так в сосуде с колёсиком температура всё-таки повысится или нет?

Познакомьтесь с таким явлением, как флуктуации (здесь - при термодинамическом равновесии). Иногда энергия передастся в одну сторону. Иногда (столь же часто и в таком же количестве) - в другую. В целом всё это будет происходить в пределах, не позволяющих говорить о повышении температуры.

[Vnyk]

Neloth в сообщении #704705 писал(а):

Вот это точно работать не будет.

Допустим, одиночное устройство работает и температура в сосуде с колёсиком повысилась. Введём в сосуд с колёсиком первого устройства вертушку второго устройства. Колёсико первого устройства и вертушка второго находятся в одном сосуде, но никак не соединены между собой. Они независимы друг от друга и не влияют друг на друга. Второе устрйство работает также, как и первое. Отличие только в температуре. Вертушка первого устройства работает в среде с температурой окружающей среды. Вертушка второго устройства работает в среде с чуть более высокой температурой. Вторую вертушку можно представить как первую вертушку. Только работающие при более высокой температуре окружающей среды. Допустим, первое устройство работает при температуре среды - 20 градусов. Температура в сосуде - 20,1 градусов. Но температура окружающей среды может быть также 20,1 градуса. И второе устройство будет работать как точно также, как первое устройство при температуре 20,1 градус.

Neloth в сообщении #704705 писал(а):

Вообще не должна.

Есть сосуд с колесом внутри, ось которого выведена наружу и на ней рычаг. К колесу в сосуде прижимается пластина. Начинаем вращать колесо за рычаг туда-сюда не небольшой угол. Колесо внутри сосуда будет нагреваться от трения. Также будет нагреваться и среда внутри сосуда. Уменьшаем эту конструкцию до размеров вертушки Фейнмана. Колёсико и пластинка вместо собачки.

Колёсико симметричное. Если пластинка будет ударятся по колёсику, то как оно сможет вращать колёсико?

-- 02.04.2013, 20:34 --

Neloth в сообщении #704289 писал(а):

Более сложный способ — использовать трение. Но он по сути представляет собой нечто среднее между короткой осью со свободным концом и короткой осью запаянной в пластинку. Поскольку собачка контактирует с колесиком, часть механических колебаний передастся ей и без резких перепадов температур будет в ней затухать, как в пластинке, а возникающая при этом тепловая энергия постепенно вернется колесику.

Но возникающая при этом тепловая энергия не может вся вернуться колёсику. В сосуде не вакуум и поэтому часть тепла пластинки будет передаваться также молекулам окружающей среды. Даже если вся тепловая энергия перейдёт колёсику, то колёсико также часть тепловой энергии передаст через ось обратно. Но часть тепла также передаст окружающим молекулам.

[Munin]

Vnyk в сообщении #704829 писал(а):

Если пластинка будет ударятся по колёсику, то как оно сможет вращать колёсико?

Пластинка будет ударяться отдельными атомами. Удары будут случайно направлены то вниз, то вниз-вправо, то вниз-влево.

[Vnyk]

Две пластинки можно расположить таким способом. Тогда пластинки будут ударяться о колёсико множеством атомов. Удары атомов направлены хаотичным образом. В результате - 0.

[Munin]

0 только в среднем. И вертушку газ в среднем тоже никуда не вертит.

[Vnyk]

Атомы в кристаллической решётке могут колебаться по трём осям координат. Допустим, одна ось перпендикулярна пластине. Колебания атомов по этой оси будут отталкивать пластинку от колёсика. Две других параллельны плоскости пластины. Одна перпендикулярна к оси вращения колёсика. Колебания атомов по этой оси будут стремиться вращать колёсико. А другая параллельна оси. Колебания атомов будут стремиться двигать колесико вдоль оси. Допустим, атом двигается влево и стремиться повернуть колёсико против часовой стрелки. Амплитуда колебаний атомов доли нанометра или даже ангстрема. Дойдя до крайней точки, атом начинает движение обратно и стремиться уже повернуть колёсико по часовой стрелке. То есть колебания атомов по этой координате не смогут вращать колёсико. Точно также колебания атомов не смогут двигать колёсико по оси. А вот колебания атомов перпендикулярно плоскости пластины могут смешать её в сторону. Пластинка сможет отскакивать от колёсика. Но эти отскоки на смогут вращать колёсико. За счёт того, что у храповика поверхность под наклоном, удары и отскоки собачки могут вращать вертушку. Именно этот случай я имел в виду, когда вы мне ответили.

Munin в сообщении #704322 писал(а):

Вы должны брать не смещение, а импульс. Атомы колёсика "в норме" передают свой импульс своей кристаллической решётке, и никакого движения дальше долей нанометра не происходит (даже долей ангстрема). Но если атомы колёсика соприкоснулись с собачкой, то они могут целиком передать свой импульс собачке, и подбросить её высоко - гораздо выше, чем то расстояние, на которое они смещаются сами.

[Neloth]

Vnyk в сообщении #704829 писал(а):

Допустим, одиночное устройство работает и температура в сосуде с колёсиком повысилась.

Нет, не повысилась. Там написано, почему даже первое звено в вашей схеме работать не будет.
Если колесико с собачкой тоже будут находиться в жидкой или газообразной среде — их можно смело заменять еще одной вертушкой.

Vnyk в сообщении #704829 писал(а):

Но возникающая при этом тепловая энергия не может вся вернуться колёсику. В сосуде не вакуум и поэтому часть тепла пластинки будет передаваться также молекулам окружающей среды.

А молекулы у вас обладают способностью вызывать в твердом веществе механические волны, отдавая при этом часть теплоты. Если у вас что-то сработало в одном направлении, это же самое должно сработать и в другом.

Vnyk в сообщении #705057 писал(а):

Амплитуда колебаний атомов доли нанометра или даже ангстрема.

Вы таки думаете, что все атомы кристаллической решетки колеблются возле ее узлов со строго определенными амплитудой и частотой, боясь чем-то выделиться на общем фоне, не говоря уже о том, чтобы покинуть рабочее место?

Vnyk в сообщении #704829 писал(а):

Есть сосуд с колесом внутри, ось которого выведена наружу и на ней рычаг. К колесу в сосуде прижимается пластина. Начинаем вращать колесо за рычаг туда-сюда не небольшой угол. Колесо внутри сосуда будет нагреваться от трения. Также будет нагреваться и среда внутри сосуда. Уменьшаем эту конструкцию до размеров вертушки Фейнмана. Колёсико и пластинка вместо собачки.

А я еще более простой механизм знаю. Возьмем тонкую пластинку, с одной стороны идеально гладкую, с другой — шероховатую. Шероховатую сторону покроем слоем какого-нибудь очень вязкого вещества, и разделим этой пластинкой резервуар с газом. Молекулы газа будут биться о гладкую сторону, сознавая в ней колебания, которые будут гаситься нанесенным на обратную сторону покрытием. Та сторона будет слегка греться и отдавать часть теплоты окружающему газу.
Разместим в резервуаре много таких пластинок параллельно и будем делать энергию из воздуха.

-- Ср апр 03, 2013 12:26:17 --

Vnyk в сообщении #705057 писал(а):

Пластинка сможет отскакивать от колёсика. Но эти отскоки на смогут вращать колёсико.

А почему вы решили, что, отскакивая от колесика, пластинка будет передавать ему импульс, строго перпендикулярный поверхности?
Ничто не мешает ей отскочить и провернуть колесико одновременно.

[Munin]

Vnyk в сообщении #705057 писал(а):

Дойдя до крайней точки, атом начинает движение обратно и стремиться уже повернуть колёсико по часовой стрелке. То есть колебания атомов по этой координате не смогут вращать колёсико.

Если удар атома направлен вниз-влево, то сначала атом передаёт колёсику импульс против часовой стрелки, а потом, когда движется обратно, уже ничего колёсику не передаёт, потому что движется от колёсика, и отходит от него.

[Vnyk]

Neloth в сообщении #705113 писал(а):

Нет, не повысилась. Там написано, почему даже первое звено в вашей схеме работать не будет.
Если колесико с собачкой тоже будут находиться в жидкой или газообразной среде — их можно смело заменять еще одной вертушкой.

Энергия от вертушки передаётся в сосуд механической энергией. Если вертушка повернулась, то колёсико также почти мгновенно повернётся. Если колёсико нагреется, то тепло будет передаваться по оси в сотни раз медленнее, чем механическая энергия. То есть механическая энергия поступает к колёсику очень быстро. а обратно тепловая энергия поступает значительно медленнее. Механическая энергия поступила от вертушки к колёсику и повернула его. Часть механической энергии преобразуется в тепло. Такой пример. Допустим эту вертушку вращает очень маленький моторчик. К колёсику в сосуде прижата пластинка. Вы же не будете утверждать, что пластинка и колёсико не нагреются. Колёсико с пластинкой чуть нагрелась. Как тепловая машина не может преобразовать всё полученное тепло в механическую работу, так и колёсико с пластинкой не могут преобразовать всё полученное тепло в механическую работу и вернуть её обратно вертушке. Часть тепла колесико с пластинкой отдадут молекулам окружающих их в сосуде. Температура в сосуде с колёсиком будет повышаться, пока поток механической энергии в сосуд с колёсиком не сравняется с обратным потоком в виде механической и тепловой энергий.

-- 03.04.2013, 20:58 --

Neloth в сообщении #705113 писал(а):

Если у вас что-то сработало в одном направлении, это же самое должно сработать и в другом.

Да. Но вы же не будете утверждать, что к.п.д. данного устройства равен 100%. Что-то сработало в одном направлении с к.п.д. 99%. Потом также сработало в обратном направлении с к.п.д. 99%. А в результате 2% преобразовалось в тепло.

-- 03.04.2013, 21:01 --

Neloth в сообщении #705113 писал(а):

Вы таки думаете, что все атомы кристаллической решетки колеблются возле ее узлов со строго определенными амплитудой и частотой, боясь чем-то выделиться на общем фоне, не говоря уже о том, чтобы покинуть рабочее место?

Я так думаю, что скорость и амплитуда колебаний у атомов может быть различна, как у молекул газа. Есть быстрые молекулы. И есть медленные молекулы.

-- 03.04.2013, 21:13 --

Neloth в сообщении #705113 писал(а):

А почему вы решили, что, отскакивая от колесика, пластинка будет передавать ему импульс, строго перпендикулярный поверхности?
Ничто не мешает ей отскочить и провернуть колесико одновременно.

Пусть поворачивает. Но при этом, как я писал выше, это будет происходить с к.п.д. меньше 100% и какая-то часть энергии выделится в виде тепла. К тому же размер колёсика можно уменьшить до диаметра оси. То есть рычаг для поворота вертушки у таких молекул будет значительно меньше, чем у молекул, ударяющихся в лопасти вертушки

-- 03.04.2013, 21:26 --

Munin в сообщении #705267 писал(а):

Если удар атома направлен вниз-влево, то сначала атом передаёт колёсику импульс против часовой стрелки, а потом, когда движется обратно, уже ничего колёсику не передаёт, потому что движется от колёсика, и отходит от него.

Эта проблема решается уменьшением диаметра колёсика, вплоть до диаметра оси. Плечо рычага уменьшается. А значит уменьшается и сила, которая стремится повернуть колёсико, а с ней и вертушку. В природе нет "идеальных" машин. При работе каждой машины или механизма возникают неизбежные потери в виде тепла. И это тепло повысит температуру внутри сосуда с колёсиком.

[Munin]

Vnyk в сообщении #705318 писал(а):

Эта проблема решается уменьшением диаметра колёсика, вплоть до диаметра оси.

Эта проблема не решается. Всё, что бы вы ни придумали, если правильно учитывать все эффекты одного уровня малости, будет не нарушать законов физики. Передачи тепла от одного тела равной температуры к другому телу не бывает - бывают только флуктуации. Они будут всегда равновероятны и в ту, и в другую сторону. Это фундаментальный закон, основанный на самом понятии теплового равновесия. Вам его не опровергнуть: всё, что вы ни придумаете, будет всего лишь недостаточно вами продумано.

Vnyk в сообщении #705318 писал(а):

В природе нет "идеальных" машин.

Зато в природе есть абсолютные законы.

А на форумах - есть люди, не умеющие этими законами пользоваться.

[Vnyk]

Munin в сообщении #705338 писал(а):

Передачи тепла от одного тела равной температуры к другому телу не бывает - бывают только флуктуации. Они будут всегда равновероятны и в ту, и в другую сторону. Это фундаментальный закон, основанный на самом понятии теплового равновесия.

Строго говоря, второе начало термодинамики - это всего лишь постулат, подтверждённый многими экспериментальными данными. И нет гарантии того, что в будущем не будет поставлен эксперимент, нарушающий этот постулат.
Возможен такой вариант вертушки.

Вместо храповика с собачкой много углеродных нанотрубок (красные). В отличии от вертушки Фейнмана, у которой одна собачка. Пусть их кончики также колеблются и могут отходить от колёсика. Но так как нанотрубок много и их кончики колеблются хаотично, то в любой момент времени хоть одна нанотрубка будет соприкасаться с колёсиком и не давать ему повернуть назад.