Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11345
2019-11-13 
Попытки построить вечный двигатель не прекращаются и в настоящее время. Cреди проектов встречаются иногда и очень интересные.
Вот один пример. Известно, что даже в отсутствие электрического поля электроны в каждом проводнике находятся в состоянии непрерывного движения. Вследствие полной хаотичности может оказаться, что в некоторые моменты времени в верхней части проводника, изображенного на рисунке , окажется больше электронов, чем в нижней. Речь здесь идет о так называемых флуктуациях электронной плотности. Флуктуация описанного выше характера приведет к возникновению разности потенциалов между концами проводника, с помощью которой можно зарядить конденсатор. Имеющийся в схеме детектор будет препятствовать разрядке конденсатора при изменении знака разности потенциалов на концах проводника. Заряженный конденсатор можно использовать затем в качестве источника даровой энергии. Мощность его будет, разумеется, мала, но важна ведь принципиальная сторона вопроса!
Решение:
Прежде всего отметим, что описанный процесс не противоречит закону сохранения энергии, так как зарядка конденсатора происходила бы не «сама собой», а за счет энергии теплового движения электронов. Однако действие изображенной на рисунке установки противоречило бы второму началу термодинамики (см. о нем задачу ? 72 второго раздела), поскольку процесс требует самопроизвольного возникновения «сгущений» и- «разрежений» электронного облака, а это так же невозможно, как невозможно самопроизвольное разделение электронов или молекул на быстрые и медленные (последнее означало бы самопроизвольное возникновение разности температур).
Следует, впрочем, отметить, что второй закон термодинамики в отличие от первого носит не столь категорический характер; он не совсем отрицает возможность самопроизвольного разделения молекул на быстрые и медленные, или возможность возникновения флуктуаций (местных сгущений и разрежений) плотности. Он лишь утверждает, что такие события маловероятны и вероятность тем меньше, чем больше флуктуации.
Из-за хаотичности движения электронов на концах проводника действительно может возникнуть разность потенциалов. Но возникновение значительного напряжения, как уже отмечено, маловероятно, а при малых - конденсатор будет разряжатьея через детектор, так как при малых разностях потенциалов вольт-амперные характеристики всех детекторов линейны, как это показано на рисунке, и эффект выпрямления отсутствует. Нелинейность вольт-амперной характеристики, объясняющая эффект выпрямления, обнаруживается лищь при достаточно больших напряжениях, вероятность возникновения которых за счет флуктуации плотности распределения электронов практически равна нулю.
Зарядка конденсатора также невозможна, как невозможно практически (хотя это и мыслимо в принципе), чтобы хаотическое движение молекул воздуха в запаянной консервной банке превратилось в направленное вверх, способное приподнять банку над поверхностью Земли. Расчет показывает, что самопроизвольное «подпрыгивание» банки из-за флуктуации в движении молекул может наблюдаться не чаще, чем раз в миллиарды миллиардов лет.
Хорошо известен научно-фантастический роман А. Р. Беляева «Ариель». Герой романа мог по своему желанию управлять характером движения собственного тела. К сожалению, это, как мы видели, противоречит второму началу термодинамики и возможно лишь на страницах научно-фантастического романа.
Попытки построить вечный двигатель не прекращаются и в настоящее время. Cреди проектов встречаются иногда и очень интересные.
Вот один пример. Известно, что даже в отсутствие электрического поля электроны в каждом проводнике находятся в состоянии непрерывного движения. Вследствие полной хаотичности может оказаться, что в некоторые моменты времени в верхней части проводника, изображенного на рисунке , окажется больше электронов, чем в нижней. Речь здесь идет о так называемых флуктуациях электронной плотности. Флуктуация описанного выше характера приведет к возникновению разности потенциалов между концами проводника, с помощью которой можно зарядить конденсатор. Имеющийся в схеме детектор будет препятствовать разрядке конденсатора при изменении знака разности потенциалов на концах проводника. Заряженный конденсатор можно использовать затем в качестве источника даровой энергии. Мощность его будет, разумеется, мала, но важна ведь принципиальная сторона вопроса!
Решение:
Прежде всего отметим, что описанный процесс не противоречит закону сохранения энергии, так как зарядка конденсатора происходила бы не «сама собой», а за счет энергии теплового движения электронов. Однако действие изображенной на рисунке установки противоречило бы второму началу термодинамики (см. о нем задачу ? 72 второго раздела), поскольку процесс требует самопроизвольного возникновения «сгущений» и- «разрежений» электронного облака, а это так же невозможно, как невозможно самопроизвольное разделение электронов или молекул на быстрые и медленные (последнее означало бы самопроизвольное возникновение разности температур).
Следует, впрочем, отметить, что второй закон термодинамики в отличие от первого носит не столь категорический характер; он не совсем отрицает возможность самопроизвольного разделения молекул на быстрые и медленные, или возможность возникновения флуктуаций (местных сгущений и разрежений) плотности. Он лишь утверждает, что такие события маловероятны и вероятность тем меньше, чем больше флуктуации.
Из-за хаотичности движения электронов на концах проводника действительно может возникнуть разность потенциалов. Но возникновение значительного напряжения, как уже отмечено, маловероятно, а при малых - конденсатор будет разряжатьея через детектор, так как при малых разностях потенциалов вольт-амперные характеристики всех детекторов линейны, как это показано на рисунке, и эффект выпрямления отсутствует. Нелинейность вольт-амперной характеристики, объясняющая эффект выпрямления, обнаруживается лищь при достаточно больших напряжениях, вероятность возникновения которых за счет флуктуации плотности распределения электронов практически равна нулю.
Зарядка конденсатора также невозможна, как невозможно практически (хотя это и мыслимо в принципе), чтобы хаотическое движение молекул воздуха в запаянной консервной банке превратилось в направленное вверх, способное приподнять банку над поверхностью Земли. Расчет показывает, что самопроизвольное «подпрыгивание» банки из-за флуктуации в движении молекул может наблюдаться не чаще, чем раз в миллиарды миллиардов лет.
Хорошо известен научно-фантастический роман А. Р. Беляева «Ариель». Герой романа мог по своему желанию управлять характером движения собственного тела. К сожалению, это, как мы видели, противоречит второму началу термодинамики и возможно лишь на страницах научно-фантастического романа.
