Back to site
Since 2004, our University project has become the Internet's most widespread web hosting directory. Here we like to talk a lot about web development, networking and server security. It is, after all, our expertise. To make things better we've launched this science section with the free access to educational resources and important scientific material translated to different languages.

Browniene Motor

http://elmer.unibas.ch/bm/index.html franz-josef.elmer@unibas.ch

În prelegerile sale celebrul Richard Feynman au discutat despre imposibilitatea de a încălca a doua lege a termodinamicii printr-un mecanism cu clichet. Cel mai simplu model pentru un clichet este o particulă overdamped browniene într-un potential asimetric, dar spaţial periodică (cu asimetrie alfa şi perioada de L). Datorită forţei de fluctuant cauzate de moleculele împingerea fluidului din jur sau de gaze cu particule browniene poate depăşi bariera de potential se deplasează la stânga sau la dreapta. Probabilităţilor pentru ambele direcţii sunt egale. Astfel, în medie, particulei nu se mişcă. Construirea, prin urmare, un motor care transformă energia termică în lucru mecanic de la o baie de căldură singur este imposibil.

Dar clichet poate fi transformat într-un aşa-numit un motor browniene care pare să încalce doua lege a termodinamicii. Ideea este de a transforma potenţialul de clichet periodic şi de oprire, cu o frecvenţă de 1 / 2 tau. În anumite circumstanţe, acest lucru poate produce propunere îndreptate chiar împotriva unui f forţa aplicată. Este într-adevăr, un dispozitiv de a face de lucru. Mai jos poţi să te joci cu un applet Java care simuleaza un astfel de sistem. Varia în funcţie de parametrii şi dau seama condiţie pentru o derivă de la dreapta la stânga, chiar şi pentru f> 0. Dacă vrei să ştii de ce un motor browniene nu este un perpetuum mobile al doilea tip faceţi clic pe aici.

Grafic pot fi găsite la versiunea originală http://elmer.unibas.ch/bm/index.html

Instrucţiuni

  • Parametrii pot fi modificate fie prin manuipulating bara de defilare corespunzătoare sau de a pune direct un număr în câmpul numeric. Nu sunt următorii parametri:
    N = numărul de particule.
    kT = kT de energie termică în unităţi de bariera de potential.
    = alfa asimetrie potenţialului cu clichet. tau.
    f = f vigoare aplicate în unităţi de bariera de potential împărţit de către L.
  • Butonul de pornire / oprire porneste sau se opreste de animaţie în zona de animaţie.
  • Butonul de resetare resetează poziţiile de particule.
  • Zona de animaţie prezinta:
    1. Rezultatul simulării. În cazul în care numărul de particule este mai mică sau egală cu 20, particulele sunt precedate de cercuri. Pentru o mai mare ansamblu pozitiile particulelor sunt afişate în funcţie de timp (direcţia timpul este îndreptat în sus). Linia neagră indică poziţia particulei medie. În colţul din stânga sus de timp şi viteza medie (presupunând că L = 1) sunt afişate.
    2. Potenţial. Potenţialul actual este ilustrat în negru. Atunci când o parte a văzut-dinţate este oprit este încă prezentat în culoare gri deschis. Potenţialul este înclinat din cauza f forţa externă.
    3. Potenţialul de energie. Energia potenţială medie este prezentată ca o bară verde.

De ce este un motor browniene nu un perpetuum mobile de al doilea tip?

Atâta timp cât potenţialul de clichet este oprit de particule se va muta diffusively în conformitate cu un mers pe jos (părtinitoare) aleatoriu, conducând la o variaţie în poziţie de şi o poziţie medie de , În cazul în care D = kT / gamma este constanta de difuzie. În cazul în care potenţialul de clichet este pornit, particula devine prins intr-unul din potenţial minimele. Dacă pentru varianţa deţine, particula, în medie, devine captiv în stânga minim la punctul de plecare. Fluxul maxim se obţine în cazul în care timp de comutare tau este suficient de mare pentru a asigura că particula se poate ajusta in minim acoperire ("timp de ajustare adiabatică") şi, de asemenea, este suficient de mic pentru a îndeplini cerinţa de mai sus pentru varianţei. Se poate spune că aproximativ un flux net de la stânga are loc întotdeauna, atunci când energia termică este semnificativ mai mică decât potenţială maximă, forţa externă este ales nu prea mare şi frecvenţa de conducere coincide cu timpul necesar pentru ajustarea adiabatică particulelor să se mute într-un potenţial minime.

În cazul în care nu provin de la energie conduce la o abatere faţă de forţa externă? Energia nu provin de la baia de căldură, ci de la potenţialul de clichet atunci când este pornit. La acel moment, energia potenţială a particulei va fi crescut brusc. În această simulare pot fi văzute de o creştere bruscă a barei de energie. Dar cea mai mare parte a energiei împins în sistem va fi doar disipată în baia de căldură din cauza relaxarii din particule într-un potenţial minim. Doar o mica parte vor fi folosite pentru a face locul de muncă. Astfel, un motor browniene nu incalca nici o lege a termodinamicii se pare de un singur tip de lucru în alta. Cu toate acestea, forţa de fluctuant din cauza baia de căldură este esenţială pentru un motor browniană.

Pentru mai multe detalii şi aplicaţii posibile în biologie şi chimie citit articolul de revizuire următorul text:
RD Astumian: termodinamica si cinetica de un motor browniene, Ştiinţă 276, p. 917-922 (1997).


Ideea: Roland Ketzmerick, Max-Planck Institut für Strömungsforschung, Göttingen
Text: Matthias Weiss, Max-Planck Institut für Strömungsforschung, Göttingen, Franz-Josef Elmer Institut für Physik, Uni Basel
Design: Roland Ketzmerick, Max-Planck Institut für Strömungsforschung, Göttingen, Franz-Josef Elmer, Institut für Physik, Uni Basel
De programare Java: Franz-Josef Elmer, Institut für Physik, Uni Basel

Vă rugăm să trimiteţi comentarii şi rapoarte de bug-ul Franz-Josef doht Elmer aaaat unibas doht ch
Această pagină a fost creat în mai 1998. Acesta a fost actualizat ultima dată la 1 septembrie 2009.
Published (Last edited): 05-09-2011 , source: http://elmer.unibas.ch/bm/index.html