Фейнмановские лекции по физике.

[Munin]

Vnyk в сообщении #703877 писал(а):

Постулат Клаузиуса запрещает передачу тепла от более холодного тела к более тёплому.

Нет. Он запрещает совершать процессы, единственным результатом которых будет такая передача. А здесь есть ещё изменение механической энергии.

Vnyk в сообщении #703877 писал(а):

Вы писали, что механическая энергия может переходить в теплоту. Но эта механическая энергия вертушки - это кинетическая энергия, отданная молекулами. Эта энергия берётся от молекул в одном сосуде и передаётся молекулам в другом. Получается тепловой насос, работающий без внешнего источника энергии.

Всё правильно, только вы не учитываете, что исходно температура в сосуде с храповиком - ниже. Поэтому нет ничего удивительного в том, что туда передаётся тепло. Когда температура сравнивается, тогда и передача останавливается.

Vnyk в сообщении #703877 писал(а):

Если чуть изменить вертушку Фейнмана, то возможно нарушение второго начала.

Ну, это, очевидно, ошибка. С поиском у себя ошибок - можно идти в раздел "Помогите решить / разобраться".

Vnyk в сообщении #703877 писал(а):

Амплитуда колебаний атомов в кристалической решётке очень мала.

Не "очень мала", а надо её взять, и оценить. Физика состоит не в заявлениях о малости, взятых с потолка. Для физики, надо взять реальную величину, и тогда уже, глядя на неё, на число, говорить, мало оно или велико. В сравнении с другим числом. Только взяв реальные оценки, вы можете построить реальную картину явления. А если вы ошибётесь в оценках, у вас может быть что угодно - и нарушение Второго начала термодинамики, и чёрт в ступе.

[parton aka]

Vnyk в сообщении #703822 писал(а):

Молекулы, вращая вертушку, отдают ей часть...

Молекулы отдают вертушке тепло( закон есть такой). Для кин.энергии есть своя "степень свободы", и эта "степень" выморожена для вертушки(точнее, у нее куча "степеней свободы"). Для "размораживания" требуется работа силы. "В каком месте" и какая сила работает в "демоне Vnyk"? Хде "цикл", наконец? :)

[Munin]

parton aka
Вы знаете, что такое броуновская частица?

[parton aka]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #703887 писал(а):

Вы знаете, что такое броуновская частица?

Наверное это та, которая взаимодействует с другими упругим ударом? :)

[Neloth]

Vnyk в сообщении #703867 писал(а):

Фейнман предложил устройство, которое на первый взгляд нарушает второе начало. Но потом в своих рассуждениях показал, что оно не нарушает второе начало.

Он описал, каким именно образом может показаться, что оно нарушает, и объяснил, почему именно так оно работать не будет.
Вы рассматриваете более простую задачу.

Vnyk в сообщении #703867 писал(а):

Колёсико - это тот же храповик, только без зубцов. Чем оно вам так мешает?

Тем, что вы постоянно на него отвлекаетесь.

Vnyk в сообщении #703867 писал(а):

Это не любая и не жёсткая конструкция. Замените вертушку простым колёсиком. Получится два колёсика на одной оси. И всё. Такая конструкция перестанет работать. У вертушки Фейнмана уберите собачку и храповик перестанет нагреваться.

Да нет же, дело здесь вовсе не в вертушке и не в собачке. На конце оси может быть что угодно. Мы опускаем один конец оси в резервуар, и частицы заполняющего этот резервуар вещества начинают биться о конструкцию, которая на нем закреплена. Какие движения она при этом будет совершать — зависит от ее формы и способа закрепления оси (она может вращаться вокруг оси, как вертушка, смещаться вдоль нее, как, например, колесико без лопастей, или двигаться как-то еще), но она, в любом случае, приведет в движение (неважно какое) ось, другой конец которой находится вне резервуара.
Выходит, что часть теплоты перешла в механическое движение, затормозив которое, мы можем снова получить эту же теплоту, только уже вне резервуара.

[Vnyk]

Munin в сообщении #703883 писал(а):

Нет. Он запрещает совершать процессы, единственным результатом которых будет такая передача. А здесь есть ещё изменение механической энергии.

Вертушка двигается за счёт ударов молекул. Механическая энергия вертушки - это кинетическая энергия молекул. В конечном итоге происходит изменение кинетической энергии молекул в сосуде с вертушкой. То есть она уменьшается. Тут как раз и происходит процесс передачи тепла от молекул в сосуде с вертушкой молекулам в сосуде с колёсиком. И этот процесс происходит за счёт кинетической энергии молекул.

Munin в сообщении #703883 писал(а):

Всё правильно, только вы не учитываете, что исходно температура в сосуде с храповиком - ниже. Поэтому нет ничего удивительного в том, что туда передаётся тепло. Когда температура сравнивается, тогда и передача останавливается.

Цитата: "Попробуем придумать такое устройство, чтобы второй закон термодинамики нарушался, т. е. чтобы работу из теплового резервуара получали, а перепада температур не было. Пусть в сосуде находится газ при некоторой температуре, а внутри имеется вертушка, причем будем считать, что T1=T2=T." То есть первоначально температура в сосуде с вертушкой и в сосуде с храповиком равны. При работе вертушки температура в сосуде с вертушкой понижается, так как молекулы отдают часть кинетической энергии вертушки, двигая её. В сосуде с колёсиком температура повышается за счёт тепла от колёсика или храповика. Появляется разность температур в сосудах.

Munin в сообщении #703883 писал(а):

Не "очень мала", а надо её взять, и оценить.

Ну это не принципиально.

-- 31.03.2013, 18:08 --

Neloth в сообщении #703895 писал(а):

Выходит, что часть теплоты перешла в механическое движение, затормозив которое, мы можем снова получить эту же теплоту, только уже вне резервуара.

Да. Именно это я и имею в виду. У вас это получилось более понятно, чем у меня.

[Neloth]

Vnyk в сообщении #703897 писал(а):

Да. Именно это я и имею в виду.

Теперь представьте, что на другом конце оси тоже произвольная конструкция, погруженная в резервуар с веществом. В каком направлении будет перемещаться энергия?

[Xey]

Vnyk в сообщении #703897 писал(а):

Ну это не принципиально.

Принципиально, потому что амплитуда колебаний атомов в кристалической решётке мала, но средняя скорость та же , что и у молекулы газа.
Представте , что молекулы стенок сосуда неподвижны (их скорости очень малы), тогда молекула газа , расталкивая неподвижные молекулы, быстро потеряет свою скорость , но при равенстве температур этого не происходит.

[Vnyk]

Neloth в сообщении #703898 писал(а):

Теперь представьте, что на другом конце оси тоже произвольная конструкция, погруженная в резервуар с веществом. В каком направлении будет перемещаться энергия?

На другом конце оси, допустим, ничего нет. Просто ось, которую можно тормозить пластинкой. Молекулы, ударяясь в ось не смогут вращать её и мешать молекулам, которые вращают вертушку. Молекулы вращают вертушку, передавая ей часть кинетической энергии. В другом сосуде пластинка тормозит ось. Пластинка и ось нагреваются. Так как в другом сосуде температура ниже, то тепло по оси будет также поступать обратно в сосуд с вертушкой. Это как в ДВС. В работу превращается не всё тепло. Часть тепла бесполезно нагревает окружающую среду. Но в отличие от ДВС, здесь это тепло снова участвует в процессе, нагревая вещество в сосуде с вертушкой. Энергия будет перемещаться от сосуда с вертушкой в сосуд с пластинкой.

-- 31.03.2013, 18:56 --

Xey в сообщении #703899 писал(а):

Принципиально, потому что амплитуда колебаний атомов в кристалической решётке мала, но средняя скорость та же , что и у молекулы газа.
Представте , что молекулы стенок сосуда неподвижны (их скорости очень малы), тогда молекула газа , расталкивая неподвижные молекулы, быстро потеряет свою скорость , но при равенстве температур этого не происходит.

Не понял.

[Munin]

parton aka в сообщении #703889 писал(а):

Наверное это та, которая взаимодействует с другими упругим ударом? :)

Как раз нет.

Vnyk в сообщении #703897 писал(а):

Цитата: "Попробуем придумать такое устройство, чтобы второй закон термодинамики нарушался, т. е. чтобы работу из теплового резервуара получали, а перепада температур не было. Пусть в сосуде находится газ при некоторой температуре, а внутри имеется вертушка, причем будем считать, что T1=T2=T." То есть первоначально температура в сосуде с вертушкой и в сосуде с храповиком равны.

Если помнить об этом условии, то рассуждения о том, что энергия будет браться из одного сосуда и передаваться в другой, будут неверны. Что Фейнман и объясняет. А именно, "горячие" храповик с собачкой будут столь же часто "давить" на вертушку, и заставлять её толкать молекулы в сосуде с вертушкой, как и в обратную сторону.

Не учитывать этого эффекта - означает совершать ошибку.

Vnyk в сообщении #703897 писал(а):

Ну это не принципиально.

Нет, это принципиально. Вы должны разобраться, что учитывать, а что не учитывать, чтобы получить то, что на самом деле в природе может быть. Представьте себе уравнение $A=B.$ Допустим, оно выражает какой-то закон природы. Вы можете рассмотреть приближения:
1. (нулевое приближение). Это малые числа, и ими можно пренебречь. Будем считать, что они равны нулю.
2. (первое приближение). Это малые числа, но всё-таки не настолько малые, чтобы ими пренебречь. Представим себе, что мы "рассматриваем систему в микроскоп", в котором видно, что это не нулевые величины. Будем считать, что они не равны нулю.

В первом случае, у вас будет $0=0.$ Закон природы выполняется.
Во втором случае, у вас будет $0\ne A_1=B_1\ne 0.$ Закон природы всё ещё выполняется.

А теперь представьте себе, что вы решили (с потолка, не делая оценок, а просто махнув рукой, и сказав, что это не принципиально), что числом $B$ можно пренебречь. А вот число $A$ вы будете "рассматривать в микроскоп". Что тогда получится? Вы получите, что $0\ne A_1\stackrel{?}{=}0.$ Почему-то у вас не ноль оказывается равен нулю! Закон природы не выполняется!

Но вы сами совершили эту ошибку, когда выбрали для $A$ и $B$ разные приближения. Так делать нельзя. Такая ошибка приводит к тому, что у вас в голове представляется то, чего не может быть в природе. А в таком случае, у вас в голове могут быть любые "чудеса", вот только толку в этом будет нуль - это уже не физика.

[Vnyk]

Munin в сообщении #703932 писал(а):

Что Фейнман и объясняет. А именно, "горячие" храповик с собачкой будут столь же часто "давить" на вертушку, и заставлять её толкать молекулы в сосуде с вертушкой, как и в обратную сторону.

Именно поэтому вместо храповика я предлагаю колёсико или просто ось. У них поверхность без наклона и при ударах они не будут вращать вертушку.

Munin в сообщении #703932 писал(а):

Нет, это принципиально.

Не принципиально- значит в принципе к делу не относится. Не хотел отвечать на тот вопрос, а теперь получил проблему.

[Xey]

Vnyk в сообщении #703966 писал(а):

Именно поэтому вместо храповика я предлагаю колёсико или просто ось. У них поверхность без наклона и при ударах они не будут вращать вертушку.

Вам не первый раз говорят нет разницы что храповик, что колесико, что просто намертво заделанная ось. На нано уровне это колесико как шестерня, а шраповик как зубчатая рейка. Если атом храповика ввалится во впадину между атомами колесика, то передвинуть его в следующую впадину будет не просто. А атомы и храповика и колесика колеблются со скоростями в точках максимума такими же как и у молекул газа. Поэтому толкаются не только молекулы газа, но и все остальные молекулы. Температуры везде одинаковы, поэтому энергии толканий равные.
Вот если бы храповик охладить, то возможно заработало бы. Но если есть разность температур, то и должно работать.

[Munin]

Vnyk в сообщении #703966 писал(а):

Именно поэтому вместо храповика я предлагаю колёсико или просто ось. У них поверхность без наклона и при ударах они не будут вращать вертушку.

Без разницы. Тоже будут.

Vnyk в сообщении #703966 писал(а):

Не принципиально- значит в принципе к делу не относится.

Нет, вы ошибаетесь, думая так.

Xey в сообщении #703976 писал(а):

На нано уровне это колесико как шестерня, а храповик как зубчатая рейка.

Даже хуже. И то и другое - как толпа школьников. Все толкутся и дёргаются.

[Neloth]

Vnyk в сообщении #703914 писал(а):

На другом конце оси, допустим, ничего нет. Просто ось, которую можно тормозить пластинкой.

Здесь главное, что, какой бы механизм для торможения вы ни применили, это будет такой же ветеран броуновского движения, как вертушка.
Можно попытаться использовать в качестве тормоза эту самую вертушку, или какую-то еще конструкцию, помещенную в жидкую или газообразную среду. В этом случае, при малейшем отклонении от термодинамического равновесия, избыток теплоты может быть возвращен обратно в первый резервуар тем же способом, которым он возник во втором.
Можно жестко закрепить ось в чем-нибудь твердом. Сперва даже может показаться, что этот вариант принципиально отличается от предыдущего. Но, как вам уже предельно наглядно объяснил Xey, это не так. При равной температуре твердые тела и жидкости одинаково успешно возвращают лишнюю энергию в окружающую среду. Если бы это было не так, жидкость могла бы охлаждаться просто за счет соприкосновения с твердой поверхностью.
Еще можно придумать механизм, использующий трение между твердыми поверхностями. Примером такого механизма является ваше колесико с собачкой. Этот случай также не отличается от предыдущих, что вполне очевидно, если представить, как возникает трение. По сути две твердые поверхности часть времени находятся в зацеплении. В эти моменты колесико приводит в движение частицы, из которых состоит собачка, передавая им полученную из первого резервуара энергию. Если эту энергию отводить от собачки куда-то еще, она будет исправно тормозить колесико, если нет — частицы, находящиеся в зацеплении с поверхностью колесика, сами начнут его раскачивать, передавая избыток теплоты в обратном направлении. Кроме этих моментов будут еще и те, когда собачка не будет касаться колеса, но они нам не интересны.

[Vnyk]

Xey в сообщении #703976 писал(а):

Вам не первый раз говорят нет разницы что храповик, что колесико, что просто намертво заделанная ось. На нано уровне это колесико как шестерня, а шраповик как зубчатая рейка. Если атом храповика ввалится во впадину между атомами колесика, то передвинуть его в следующую впадину будет не просто.

Вы несколько отстали от жизни. Поверхности могут быть идеально гладкими. Вот статья о том, какая может быть поверхность на наноуровне.
http://www.membrana.ru/particle/13033
Атомы твердых тел в отличие от газа и жидкостей находятся в кристаллических решётках и колеблются около положения равновесия. При соприкосновении колёсика и собачки колебания атомов собачки не смогут двигать колёсико.

Neloth в сообщении #704000 писал(а):

В этом случае, при малейшем отклонении от термодинамического равновесия, избыток теплоты может быть возвращен обратно в первый резервуар тем же способом, которым он возник во втором.

Сосуд с колёсиком теплоизолировать от окружающей среды и сосуда с вертушкой. Тепло из этого сосуда может уходить через ось, которую можно изготовить из материала с низкой теплопроводностью. А также через термопару. Энергия из сосуда с вертушкой передаётся в сосуд с колёсиком в виде механическгого движения колёсика. Обратно энергия может передаваться в виде тепла через ось вертушки и колёсика. И этот способ медленнее первого. В любом случае тепло не может мгновенно уйти из сосуда и разница температур будет.