Верен ли второй принцип термодинамики

koroleff

Сорри, может, это слишком глупый вопрос, или наоборот, слишком умный, но всё же. Всю жизнь он мне не даёт покоя.
Формулировка первого принципа термодинамики: нет вечных двигателей второго рода, то есть нельзя извлечь полезнаю энергию (работу) из нагретого тела.
Другая формулировка: тепло не может передаваться от холодного тела нагретому без совершения работы (самопроизвольно).
Я согласен с этим принципом, как с аксиомой модели термодинамики, это предположение выполняется с очень большой точностью в большинстве рассматриваемых задач.
Но если это рассматривать как один из фундаментальных законов физики (неубывание энтропии то здравый смысл говорит обратное. Например, разделим мысленно объём на две равные части. Понятно, что в одной из
этих частей средняя скорость будет больше в любой момент времени. При чём то в одной части, то в другой. По второму принципу же может быть только стабилизация температы.
А если второй принцип термодинамики не верен, то почему тогда ещё не создали вечные двигатели второго рода?

Dr_Jones

он верен в макроскопических системах !
ты же рассматриваешь микроскопические процессы !
двигатель - макроскопическая система ! потому и не построили !

koroleff

Я так понял, что вечный двигатель второго рода может быть построен, надо только захотеть, так?

Dr_Jones

нет
его построить нельзя
ну, то есть построить можно, но работать он не будет
в принципе если долго подождать, то он кгда нибудь и кратковременно заработает, в силу вероятностных микроскопических процессов,но
ждать надо долго, много больше ,чем возраст вселенной !

koroleff

По каким формулам можно оценить максимальную среднюю мощьность такого двигателя объёмом, скажем, кубометр?

Dr_Jones

мдя , конкретно, ща подумаю
но это не просто на самом деле, и я так на вскидку каких-то общих формул не помню

Dr_Jones

значит так , в обьёме 1 *1*1 куб.м одна стенка подвижна
газ идеальный p*v=nu*R*T
p давление
v обьём
nu к-во молей
R газовая постоянная
T температура
Допустим газ самопроизвольно собрался в половине объёма, и мы подвинули поршень уменьшив объём в половину, не затратив работы
затем газ изотермически или адиабатически расширяется до прежнего объёма
Значит работа есть в 1 случае интеграл p*dv= nuRT(1/vкон-1/vнач)=nuRT(1/0.5-1/1)=nuRT
во втором чуть по сложнее, но порядок величины тот же
а время за которое происходит это расширение порядка 10 сек,чтоб не сильно не равновесное состояние было и формулы были применимы
получается цикл: 1 самопроизвольное сжатие, с 0 работой
2 расширение с производством мех. работы
Таким образом второй период цикла расширение - короткий
первого надо ждать практически вечно - мощность стремится к нулю

koroleff

Это-то я понимаю очень хорошо.
Пусть у нас кубометр разбит на N частей, каждая часть изолированна от других стенками. И в каждой из них есть подвижная стенка. Получим N двигателей мощности P(N). Теперь подберём N, чтобы максимизировать N*P(N): P=max(N*P(N. Как оценить P?

Dr_Jones

хм...
у меня почему-то такое чувство, что N*P(N)=const
если газ одинаковый и одинаковая концентрация его везде
ща подумаю как оценить !

Dr_Jones

ну ,в общем, формулы как то не придумываются, но для оценки времени самопроизвольного сжатия можно считать время жизни вселенной
15 млрд. лет

koroleff

Так, пусть в каждом объёме будет 1 молекула (или не молекула, а большая частица, которые будет двигаться молекулами по типу броуновского движения). Тогда получаем цикл: ставим перегородку -- сдвигаем её до конца, опять ставим перегородку, опять сдвигаем её. За один цикл температура молекулы будет падать в два раза (кажется так, вывода не помню так как размеры малы, то цикл будет выполняться почти мгновенно. Получается, что за очень малое время (порядка кубический корень из объёма делённого на среднюю скорость молекулы) двигатель "заберёт" у газа 50% его кинетической энергии. Это очень большая мощьность!

Dr_Jones

чёто мне не кажется,что это большая мощность - от одной молекулы !
или ты хочешь 10^23 (число Авогадро) таких машин ?
кроме того необходим механизм, который будет ловить моменты ,когда надо двигать перегородку - а на это тоже надо энергию затратить !
кроме того - молекула она ж квантовая а не классическая, тут тоже есть некий нюанс

koroleff

Это если КПД 100%, то именно так и получается.
Да, пусть будет 10^23 таких машин (мы пока не размышляем КАК сделать такую машину, просто хотим понять, МОЖНО ли сделать её теоретически).
Если у нас одна молекула, то она всегда в какой-то половине, поэтому момент ловить не надо: просто ставим перегородку, а она её двигает. Полезная работа -- движение в любую сторону.
Для практической реализации лучше использовать не молекулу, а крупную частичку, движимую остальными молекулами, тогда и элементарных машин будет меньше. Но это тоже не суть.
Опять же, использование крупной частицы типа споры папоротника уберает всю существенную квантовость.

Dr_Jones

Для практической реализации лучше использовать не молекулу, а крупную частичку, движимую остальными молекулами, тогда и элементарных машин будет меньше. Но это тоже не суть.
Опять же, использование крупной частицы типа споры папоротника уберает всю существенную квантовость.

не ну а как ты это себе представляешь ? там же есть ещё газ.
если просто газ пополам поделить, то стенка никуда не передвинется , даже если в одной части есть макроскопическая частица !
Вот если к броуновской частице привязать маленькую ниточку ! то частица за ниточку будет переодически дергать !
Если у нас одна молекула, то она всегда в какой-то половине, поэтому момент ловить не надо: просто ставим перегородку, а она её двигает. Полезная работа -- движение в любую сторону.

ну в этом что-то есть

koroleff

Стенка может быть прозрачной для маленьких малекул и почти непрозрачной для частицы

Olz1

Это не вечный двигатель, также как приливные электростанции.
Здесь используется энергия солнца в конечном счете.

koroleff

Из второго начала термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя второго рода, принцип действия которого основан на полном преобразовании теплоты в работу. Идея такого источника полезной работы или энергии заключается в использовании внутренней энергии, содержащейся в природных телах (воздухе, воде, почве и т.д. для совершения механической работы. Далее, после совершения полезной работы и перехода ее в теплоту за счет тех или иных диссипативных процессов, внутренняя энергия природных тел восстанавливается, и термодинамический цикл замыкается. Возможность функционирования вечного двигателя второго рода не противоречит закону сохранения энергии (первому началу термодинамики но запрещается вторым началом термодинамики.
Взято отсюда.

spiritmc

Деление объёма пополам есть либо физический процесс, а тогда есть затраты энергии (читать про аддитивное приближение и поверхностную энергию либо мало к чему приводит.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

spiritmc

Когда рассматриваешь одну молекулу, следи за равновесием.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

Olz1

Тогда гидроэлектростанция - вечный двигатель?

seregen-ka

Ты про "демона" Максвелла слышал ?
А вобще на лекции походил бы, Грибов всегда на лекциях это подробно объясняет.

Dr_Jones

но запрещается вторым началом термодинамики.
Когда молекула 1 или частица ,то это уже не термодинамика
Термодонамика, это когда много частиц

spiritmc

Ты неправ.
Термодинамика --- это когда равновесие.
Можно разобрать систему с одной частицей.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

seregen-ka

А как же термодинамика неравновесных систем.
В красной книжке потермодинамике очень подробно рассматриваются временные и пространственные масштабы.
как говорится RTFM.

spiritmc

Там локальное равновесие.
---
"Нас не поймаешь на крючок приманкою дешёвой..."
(Иваси)

seregen-ka

Эх, действительно не поймаешь

slo14

> почему тогда ещё не создали вечные двигатели второго рода?
Ты помнишь, что сказал Господь, выгоняя Адама из рая?
Кстати, шутки - шутками...

koroleff

Про демонов читал, но так и не понял ничего.
>А вобще на лекции походил бы, Грибов всегда на лекциях это подробно объясняет.
Это на физфаке? Боюсь, что я не пойму ничего.
-------------------
Возможно, вы покажете, почему моя конструкция не будет работать.
Но есть ли доказательство того, что никакая конструкция не будет работать?
В инете я такого не нашёл.

koroleff

>Ты помнишь, что сказал Господь, выгоняя Адама из рая?
Как щас помню: в поте лица своего.

koroleff

Гидроэлектростанция не вечный двигатель, так как косвенно использует энергию солнца.

spiritmc

тебе правильно ответил.
---
"Крепче держите попкорн, граждане, плохо ваше дело; ща вылезет –-- устроит всем полный Армагеддец!"
( http://warrax.croco.net/71/evilname.html )

Dr_Jones

что значит там локальное равновесие !
В неравновесных системах нет никакого равновесия !
А термодинамика есть динамика большого числа частиц по определению !
динамику 1 2 частиц можно описать при помощи механики Ньютона (или квантовой механики)
Термодинамика получается из стат. физики стремлением числа частиц к бесконечности !
1-2 частици плахое приближение бесконечности, 10^23 - нормальное !

spiritmc

Почитай правила термодинамики и скажи, где там упоминаются частицы.
Термодинамика никаким образом не получается из статистики.
Это статистика является попыткой примирения механики с термодинамикой.
---
"Крепче держите попкорн, граждане, плохо ваше дело; ща вылезет –-- устроит всем полный Армагеддец!"
( http://warrax.croco.net/71/evilname.html )

spiritmc

Про локальное равновесие почитай.
Если нет локального равновесия, то ты не имеешь никаких величин, о которых хочешь говорить.
Почитай про определение термодинамических величин.
---
"Крепче держите попкорн, граждане, плохо ваше дело; ща вылезет –-- устроит всем полный Армагеддец!"
( http://warrax.croco.net/71/evilname.html )

slo14

Если уж религию приплетать.
Я в свое время накатал вот такой вот текстик.

spiritmc

Определение энтропии --- бредовое.
---
"Крепче держите попкорн, граждане, плохо ваше дело; ща вылезет –-- устроит всем полный Армагеддец!"
( http://warrax.croco.net/71/evilname.html )

slo14

У меня?
Почему?
В математике - именно так. (Матьожидание количества информации, которое мы получим в результате эксперимента; соответственно, чем более неопределенное у нас состояние, тем больше информации мы получим).

spiritmc

Не могу сказать, как в математике (если ты не имеешь в виду теорию вероятностей но в физике это не так.
Неопределённость не есть энтропия.
Вообще, это плохо, что энтропию связали с беспорядком.
Это неверно. Даже вредно.
Ибо приводит к неправильным выводам.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

slo14

>Неопределённость не есть энтропия.
Да.
Точно так же, как температура не есть скорость молекул.

spiritmc

Поэтому, если информацию связывать с неопределённостью (как это имеет смысл делать то энтропию не надо связывать с информацией.
Не могу сказать, как Шеннон увязывал сигнал с энтропией.
Я его не изучал.
Хотя есть некоторые смутные подозрения, как попытаться связать.
Но, боюсь, там появится и третья необходимая сторона.
---
"Держи, товарищ,
порох сухим!"

slo14

Шеннона тоже не изучал
Но, тем не менее. By definition: S = EI.
И, кстати, в курсе статфизики нам это определение тоже давали. Я его, помнится, на экзамене отвечал.

spiritmc

"П-переведи!"
S --- видимо, энтропия.
E --- мат. ожидание?
I --- ?
---
"Держи, товарищ,
порох сухим!"

slo14

I - информация.
Update:
Соответственно, информация, содержащаяся в событии A: I_A = -ln P(A).

koroleff

Нашёл статью вот с таким окончанием. Что по этому поводу думает официальная физика?
Если после опубликования данной работы она будет признана безошибочной, новой, интересной, актуальной, то в учебники физики, термодинамики могут вноситься коррективы относительно эквивалентности различных формулировок второго закона термодинамики. Также в научных учреждениях теплофизического профиля могут быть проведены предлагаемые экспериментальные исследования. Они могут быть проведены в два этапа. На первом этапе предстоит выяснить возможно ли малое (очень малое) нефлуктуационное нарушение второго закона термодинамики и возможен ли очень маломощный вечный двигатель второго рода (как свидетельствует история науки и техники, все начинается с малого и несовершенного). Если эти исследования покажут, что это нарушение имеет место, то на втором этапе предстоит выяснить возможность увеличения мощности этого двигателя.
Взято отсюда: http://perpetuummotor.narod.ru/Articles/Nagorny2.html

spiritmc

Тогда почему информация увязывается с вероятностью.
Информация чего?
Получается сигнала, раз она связывается с вероятностью прихода сигнала.
Я об этом подозревал.
Хорошо, но сигнал представляет собой состояние линии передачи в какое-то время.
Таким образом, получаем, что энтропия относится к линии передачи.
Получается так.
Но что тогда отражает энтропия?
Состояние передатчика?
Получается так.
Хорошо.
А как тогда такая энтропия увязывается с клаузиусовской?
Шеннонова появилась позже, а раз он заимствовал понятие у Клаузиуса, то где основания?
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

slo14

> А как тогда такая энтропия увязывается с клаузиусовской
Имя, сестра, имя! Тьфу, то есть, определение, брат, определение!
А я пока update напишу...
_________________________________________________
> Информация чего?
- Ты когда-нибудь видела, как рисуют множество?
- Множество чего?
- А ничего, просто множество...
Еще раз: информацией, содержащейся в событии A называется... Где событие есть элемент сигма-алгебры, на которой задана вероятностная мера.
(Конвенционализм --- лженаучное идеалистическое философское направление в математике... Толковый словарь математических терминов. Москва, "Просвещение", 1965г.)
> Но что тогда отражает энтропия?
> Состояние передатчика?
Скорее, состояние наших представлений о нем.
UPDATE: хотя это не совсем верно. Или, даже, совсем не верно.
Пример по поводу информации в учебнике приводился такой: когда выловили какую-то там рыбину, которая считалась давно вымершей (не как вид, даже, а как что-то более высокого порядка; динозавр, какой-то... произошел переворот в ихтиологии. (Маловероятное событие) А если ты выловишь треску, то переворота в ихтиологии не произойдет. Максимум информации, которую ты можешь извлечь - что где-то тут косяк проходит.
Соответственно, если у тебя очень высока вероятность совершить переворот в ихтиологии, выловив что угодно, то...

spiritmc

dS = (\delta Q)/T
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

spiritmc

Сможешь пояснить, на каком основании вводится уравнение (1.2) в статье?
\Theta --- это параметр гиббсова распределения, которое вводится изначально.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

koroleff

Нет, к сожалению, я в физике дуб-дубом, поэтому пропустил все выкладки, прочитав лишь качественные соображения и вывод. И запостил ссылку, чтобы кто-то знающий физику оценил этот текст на правдоподобность.

spiritmc

Вывод раздела 1 ложен.
Максимальность энтропии для равновесных систем показывается даже в учебнике Ферми (пример с пружиной, по учебнику Глазова а это 30-е годы.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

slo14

Не знаю.
Или не помню.
Надо учебник смотреть.

spiritmc

У меня есть предложение не использовать редактирование, а писать новое сообщение. Особенно, когда изменения столь значительны.
По поводу информации, её связи с вероятностью сигнала, всё понятно.
Наиболее ценно наименее ожидаемое.
Вопрос в том, что отражает шеннонова энтропия.
Состояние линии? Состояние передатчика? Состояние приёмника?
И как увязывается шеннонова энтропия с клаузиусовой?
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

koroleff

Из всей это дискуссии я так и не получил ответа на свой вопрос.
Попрошу тогда для меня тупого ответить в виде теста:
Какое утверждение наиболее точно характеризует мнение современной физики:
1. Вечного двигателя второго рода существует не существует. Это доказано с учётом всех эффектов, учитывая специальную теорию относительности и квантовую механику.
2. Вечного двигателя второго рода существует не существует. Это доказано с учётом всех эффектов ньютоновской механики.
3. Вечного двигателя второго рода существует не существует. Это доказано с учётом неких дополнительных предположений, истинность которых подтверждается многими опытами.
4. Вопрос о существовании вечного двигателя второго рода остаётся открытым по сей день. Хотя при некоторых дополнительных предположениях (идеализации системы) существует доказательство его невозможности.
5. Вопрос о существовании вечного двигателя второго рода остаётся открытым по сей день. Многое говорит "за" его существование, но многое и "против".
6. Вечный двигатель второго рода теоретически существует, но на практике его не удалось построить.
7. Вечный двигатель второго рода существует, и, даже, есть действующий экземпляр (правда, он выделяет очень малую энергию).
8. Вечный двигатель второго рода существует, и, даже, есть действующий экземпляр большой мощьности, но производство подобных двигателей экономически невыгодно.
Насколько ответ на первый вопрос точен (насколько автор ответа уверен в своей осведомленности и насколько физики едины в этом мнении). (Оценить по пятибальной шкале).
Спасибо.

slo14

Все. Спа-ать.
По поводу последнего вопроса сразу - не знаю, но должно быть в учебнике по стат.физу.
А над первым завтра подумаю.
ЗЫ В черной башне живут три колдуна: Теорпол, Теормех, и Вычстатматфиз. И каждому, кто к ним приходит, они задают три загадки. А потом все-равно съедают. Чтоб не умничал. (c) ФизТех

spiritmc

Что не нравится в статье.
Очевидно, что автор незнаком даже с работой Гиббса "Основные принципы статистической механики..." Хотя она не является секретной.
По крайней мере, об этом говорит отсутствие в выкладках понятия "ансамбль" и применение исключительно примера идеального газа.
Автор критикует микроканоническое распределение Гиббса, хотя у него же написано обоснование этому распределению (ну, или намётки к таковому, у Гиббса есть только каноническое распределение).
Автор рассматривает исключительно общеизвестную учебную литературу.
Причём не самую лучшую, о чём говорит ссылка на Ландау и Лифшица.
Ссылки на статьи, обсуждающие проблемы обоснования термодинамики, отсутствуют. (Обычно, таковые статьи идут в ЖФХ.)
И наконец, статья, очевидно, не была рецензирована. Что говорит явно не в её пользу.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

slo14

Видимо, 3.
> Это доказано с учётом неких дополнительных предположений, истинность которых подтверждается многими опытами.
Как и все остальное в физике.

spiritmc

Не существует по п. 3.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

koroleff

Спасибо. Теперь понял.
А где можно посмотреть, какие именно предположения делались (кроме законов квантовой механики и СТО)? Чем при доказательстве принебрегали.

spiritmc

Смотри обоснования второго правила.
---
Ты, я и термодинамика.

slo14

Второй закон термодинамики, есесно.
Все. Спокойной ночи.

koroleff

Дай ссылку, где смотреть.
Подозреваю, что 95% обоснований будут не в максимальной общности (то есть при каких-то предположениях, не влияющих на результат, но существенно упрощающих доказательство а остальные 5% я не пойму.
2: Спокойной ночи.

spiritmc

В любом приличном учебнике по физической химии будут таковые (или ссылки на них).
По большей части, второе правило, как и остальные, обосновываются напрямую.
И чуть-чуть дорабатываются напильником, чтобы были "иксы и игреки."
Термодинамика --- феноменологическая наука.
---
Ты, я и термодинамика.

slo14

Лень разбираться, но тут, кажется, ответ на оба вопроса.
Традиционно в курсах физики энтропия вводится в разделе термодинамики как интеграл Клаузиуса, затем вводится формула Больцмана и, наконец, упоминается о связи энтропии и информации. Современный подход, которому следовали мы – обратный. При этом в результате мы не только получаем известные термодинамические соотношения, но и показываем их универсальность для всех естественных наук, где предметом изучения является временная или пространственная изменчивость любых измеряемых величин.

Dr_Jones

Почитай правила термодинамики и скажи, где там упоминаются частицы.

Открываем учебник Квасникова И.А. Термодинамика и Статистическая физика, Книга 1, Теория равновесных систем,
Из-во УРСС, Москва 2002, на странице 17, глава 1 (аксиоматика макроскопической термодинамики параграф 1(объект исследования) и читаем:
<...>термодинамические системы <...> - это системы большого числа взаимодействующих друг с другом и внешними полями частиц

Dr_Jones

Термодинамика никаким образом не получается из статистики.

Ню-Ню, Даже искать не буду цитаты из учебников ! Так как, нам семинарист на каждом семинаре это говорит, да я сам со школьных времён в этом уверен !
Контра , если не веришь сам посмотри в учебники

spiritmc

Ой, ну чего вы только, микроскописты, не придумаете.
Берём классическое э.-м. п.
По-твоему, оно не может являться частью термодинамической системы.
Частиц-то нет?
А теперь возьми и представь, что частиц _нет_. Соовсем.
Появились новые структурные данные, показывающие, что частиц просто нет.
Тогда вся твоя статистика летит к чертям.
И что тогда случится с фундаментальным уравнением?
Где в фундаментальном уравнении используются частицы?
---
"Крепче держите попкорн, граждане, плохо ваше дело; ща вылезет –-- устроит всем полный Армагеддец!"
( http://warrax.croco.net/71/evilname.html )

Dr_Jones

Берём классическое э.-м. п.

Электромагнитное поле это фотоны, а их уже можно считать класс. частицами !
А теперь возьми и представь, что частиц _нет_. Соовсем.

На нет и термодинамики нет ! и статистики тоже

spiritmc

Классическое э.-м. п. --- это не фотоны.
Термодинамика, кстати, останется.
Проверь.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

Dr_Jones

Наверное законы тд работают и для кл.эл.поля
но всёж это не означает, что одна молекула описывется тд законами
А вообще для кл.эл.поля
есть класс. электродинамика !

spiritmc

Одна молекула --- нет.
Но систему из одной частицы придумать можно.
Там есть сложности, но тдин работает.
Я проверял.
---
"Верь сводке погоды, но доверяй --- интуиции.
Будь особенно бдителен, когда всё хорошо и нет поводов для тревоги". ("Белое проклятие")
Прогноз погоды. Песня на сегодня: "Дождь над Иссык-Кулем сплошной пеленой..."

Freeman

по этому поводу вспоминается
2 КОНТРА : почему ты так отстаиваешь термодинамический подход и опускаешь статистику? это связано с научными интересами?

spiritmc

Это связано с тем, что термодинамику пытаются заменить статистикой.
В ущерб науке.
Люди перестают понимать явление в целом, переходя от леса к набору деревьев.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

Freeman

я бы так не сказал
но по-моему в некоторых разделах физики термодинамике делать нечего(или почти нечего)

spiritmc

Так я же не пытаюсь заменить спектроскопию или молекулярные пучки?
---
"Верь сводке погоды, но доверяй --- интуиции.
Будь особенно бдителен, когда всё хорошо и нет поводов для тревоги". ("Белое проклятие")
Прогноз погоды. Песня на сегодня: "Дождь над Иссык-Кулем сплошной пеленой..."

Freeman

это я по поводу попыток применения термодинамики к одной частице ну или даже к нескольким.
смахивает на попытки лопатой кушать красную икру из маленькой баночки

spiritmc

Ну, да, согласен, изврат это.
Но это в то же время хороший контрпример тем, кто считает, что термодинамика начинается с достаточно большого числа частиц.
Очень хороший пример и для определения равновесности.
С этим там есть нехилые трудности.
Кстати, 60 частиц уже очень хороший ансамбль.
---
"Верь сводке погоды, но доверяй --- интуиции.
Будь особенно бдителен, когда всё хорошо и нет поводов для тревоги". ("Белое проклятие")
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: