t0g
16.02.06, 10:52
"Demon Maxwella" to jest taki malutki duszek wymyślony (jak sama nazwa
wskazuje) przez Maxwella. Jeśl takiego demona namówić do działania, to może
on sprawić, że przestaje obowiązywać II Prawo Termodynamiki. Wszystkie
podręczniki jednak są zgodne co do tego, że demona Mawella nie ma.
Ja dziś jednak pokazywałem studentom fajne doswiadcznie, ktore może wzbudzic
wątpliwości co do tego faktu.
W doświadczeniu wdmuchuje siestrumień sprężonego powietrza do niewiekiego
walca wykonanego z przeźroczystego plastiku. Walec ma średice ok. 4 cm i ok.
10 cm dlugosci. Wlot spręzonego powietrza znajduje sie na boku walca, mniej
wiecej w połowie jego długości. Z obu podstaw walca wyprowadzone są dwie
metalowe rurki równległe do jego osi. Obie rurki są wylotami strug powietrza.
Ponieważ walec jest przeźroczysty, można sie przekonać, że wewnątrz jest
wydrążona przestrzeń - ale napewno nie ma w niej żadnych części ruchomych.
Jeśli teraz zaczniemy wdmuchiwać powitrze przez wlot i po chwili sprawdzimy,
jaka jest temperatura strug powietrza wylatującego przez obie rurki, tookazuje
się, że jedna struga jest wyrażnie ogrzana, a druga - oziębiona. Efekt jest
tak wyrażny, że sprawdzenie "na czucie" nie pozostawia zadnych wątpliwości. Na
wszelki wypadek jednak miałem przygotowany termometr. Sprawdziliśmy więc, że
temperatura wdmuchwanego powietrza wynosiła 23 stopnie Celsiusa. Zaś
temperatura ciepłej strugi wylotowej wyniosła prawie 50 stopni, a zimnej -
trochę ponizej zera.
Widzom mozna wciskac kit, że w srodku tego plastykowego cylindra MUSI siedzieć
"demon Maxwella", bo - z uwagi na brak jakichkolwiek ruchomych części - żadne
inne wytłumaczenie nie jest możliwe. Wyłacznie takie jest, że demom ogląda
każdą wlatująca molekułę.Jak wiadomo, molekuły gazu zawsze mają pewien rozkład
prędkości, tzw rozkład (nomen omen) Maxwella-Boltzmanna. To znaczy, cześć
molekuł porusza się szybciej, a częsc wolniej. Temperatura gazu jest zaś
proporcjonalna do ŚREDNIEJ energii kinetycznej molekuły w gazie.
Co robi demon? Ano, ogląda każdą molekułe i te szybsze kieruje do jednej rurki
wylotowej, a te wokniejsze - do drugiej. No i w ten sposob obie wylotowe
strugi mają wyrażnie różne temperatury.
Narusza to II prawo termodynamiki, z którego wynika, że ciała o jednej
temperaturze nie można rozdzielic na dwa "podciała", jedno cieplejsze, a
drugie chłodniejsze.
Oczywiście nie ma żadnego demona i wszytko sie daje wyjasnić w całkowitej
zgodzie z prawami termodynamiki. Jednak można kazać studentom pogłowkowac, jak
taki efekt jest jednak możliwy BEZ udziału "demona".
Całe to dowcipne urządzonko poprostu wykorzystuje zjawisko zwane "wirem
Ranque-Hilscha", który można wywołać we wnęce o nieco skomplikowanym
kształcie, ale nie zawierającej żadnych ruchomych części. Jesli kogoś
interesują bliższe szczegóły, to proszę wpisać w Googlu "Ranque-Hirsch vortex"
i wtedy dostanie sie mnóstwo linków, bo to zjawisko nawet się wykorzystuje
praktycznie w niewielkich chłodziarkach, których zaletą jest niezwykła
prostota konstrukcji i niezawodność. Spawnośc termodynamiczna jest jednak
gorsza, niz w przypadku chłodziarek freonowych, więc bardzo szerokiego
zastosowania te urządzonka jednak nie mają