Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:12 • sest 21:41 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 08:09 • Síðdegis: 20:27 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 02:12 • Síðdegis: 14:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Hafa nýjar hugmyndir um svonefndan púka Maxwells komið fram upp á síðkastið?

Stefán Ingi Valdimarsson

Púki Maxwells er lítill djöfull sem var hugsaður til að ganga gegn grundvallarlögmálum eðlisfræðinnar. Frá því um 1950 hefur verið ljóst að eðli hans brýtur í raun ekki í bága við gild eðlisfræðilögmál.

Á 19. öld rannsökuðu eðlisfræðingar eðli hita, varma og véla. Út úr því spratt fræðigrein sem nefnist varmafræði. Til að skilja hvaða þversögn púki Maxwells gæti haft í för með sér þarf að gera grein fyrir öðru lögmáli varmafræðinnar. Samkvæmt því getur heildaróreiða í heiminum aldrei minnkað, heldur aðeins aukist eða í besta falli staðið í stað.

Það er annað lögmál varmafræðinnar sem sýnir í hvaða átt tíminn líður. Óreiða brotins disks er meiri en óreiða óbrotins disks. Þess vegna er ómögulegt fyrir brotinn disk sjálfkrafa að raða sér saman aftur en óbrotinn diskur getur hins vegar auðveldlega brotnað við högg eða lítils háttar truflun. Að vísu getur maður raðað brotna disknum saman aftur en ekki nema með talsverðri fyrirhöfn. Þó að það minnki vissulega óreiðu disksins hefur maður aukið óreiðu heimsins með því að vinna vinnu við að tína upp brotin og baksa með límið.

Nú er hægt að gera grein fyrir eðli púka Maxwells. Þá hugsum við okkur tvö ílát sem tengd eru saman með litlu gati sem hægt er að opna og loka. Í upphafi er gatið lokað með heitt gas í öðru ílátinu en kalt gas í hinu. Þetta ástand er reglulegt og því með litla óreiðu. Ef gatið er opnað getur gas flætt á milli ílátanna og eftir nokkra stund er gasið í ílátunum orðið einsleitt, volgt gas er í báðum ílátum og óreiðan er meiri en í upphaflega ástandinu.



En nú kemur til kasta púkans. Hann sest við gatið og getur opnað það og lokað að vild. En hann er slægur djöfull og skapar usla með því að leyfa einungis hraðfara gaseindum að fara úr íláti A í B og einungis hægfara gaseindum að fara úr B í A. Smám saman safnast hægfara gaseindirnar fyrir í íláti A og þær hraðfara í íláti B. Hitastig í gasi er í hlutfalli við meðalgildið á hreyfiorku gassameindanna og þess vegna verður hitastig í gasi A lægra en hitastigið í gasi B. Þar með hefur óreiða kerfisins minnkað aftur og eðlisfræðilögmál verið brotin að því er virðist.

Önnur útgáfa af púkanum er sú sem vomir yfir gatinu milli tveggja gasíláta við sama þrýsting. Þá hleypir púkinn aðeins gaseindum í aðra áttina í gegnum gatið en lokar alltaf þegar gaseindir reyna að komast í hina áttina. Þessi púki dregur úr óreiðu með því að koma á mismunandi þrýstingi í ílátunum tveimur.

Sem betur fer hefur eðlisfræðinni tekist að særa púka Maxwells út úr heiminum. Þegar virkni hans er skoðuð nánar kemur nefnilega í ljós að púkinn þarf sífellt að vera að vinna vinnu. Í fyrra tilfellinu þarf hann að mæla hraða sérhverrar gassameindar sem nálgast gatið og í seinna tilfellinu þarf hann alltaf að fylgast með hvort gaseind sé að nálgast gatið og greina úr hvoru ílátinu það er. Síðan þarf hann sífellt að vera að opna og loka gatinu. Allar þessar framkvæmdir kosta vinnu og valda því aukinni óreiðu einhvers staðar í heiminum. Sú óreiða verður alltaf meiri en sú óreiðuminnkun sem púkinn getur valdið í gasílátunum. Þetta hefur verið reiknað út.

Hugsanlega hafa komið fram nýjar útfærslur á þessari gömlu hugmynd um púka Maxwells en þær hljóta allar að vera í þessum anda og engin þeirra getur staðist nákvæma skoðun.

Mynd:

Höfundur

Stefán Ingi Valdimarsson

sérfræðingur á Stærðfræðistofu Raunvísindastofnunar Háskóla Íslands

Útgáfudagur

2.8.2000

Spyrjandi

Jón Jónasson

Efnisorð

Tilvísun

Stefán Ingi Valdimarsson. „Hafa nýjar hugmyndir um svonefndan púka Maxwells komið fram upp á síðkastið? “ Vísindavefurinn, 2. ágúst 2000. Sótt 27. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=713.

Stefán Ingi Valdimarsson. (2000, 2. ágúst). Hafa nýjar hugmyndir um svonefndan púka Maxwells komið fram upp á síðkastið? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=713

Stefán Ingi Valdimarsson. „Hafa nýjar hugmyndir um svonefndan púka Maxwells komið fram upp á síðkastið? “ Vísindavefurinn. 2. ágú. 2000. Vefsíða. 27. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=713>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hafa nýjar hugmyndir um svonefndan púka Maxwells komið fram upp á síðkastið?
Púki Maxwells er lítill djöfull sem var hugsaður til að ganga gegn grundvallarlögmálum eðlisfræðinnar. Frá því um 1950 hefur verið ljóst að eðli hans brýtur í raun ekki í bága við gild eðlisfræðilögmál.

Á 19. öld rannsökuðu eðlisfræðingar eðli hita, varma og véla. Út úr því spratt fræðigrein sem nefnist varmafræði. Til að skilja hvaða þversögn púki Maxwells gæti haft í för með sér þarf að gera grein fyrir öðru lögmáli varmafræðinnar. Samkvæmt því getur heildaróreiða í heiminum aldrei minnkað, heldur aðeins aukist eða í besta falli staðið í stað.

Það er annað lögmál varmafræðinnar sem sýnir í hvaða átt tíminn líður. Óreiða brotins disks er meiri en óreiða óbrotins disks. Þess vegna er ómögulegt fyrir brotinn disk sjálfkrafa að raða sér saman aftur en óbrotinn diskur getur hins vegar auðveldlega brotnað við högg eða lítils háttar truflun. Að vísu getur maður raðað brotna disknum saman aftur en ekki nema með talsverðri fyrirhöfn. Þó að það minnki vissulega óreiðu disksins hefur maður aukið óreiðu heimsins með því að vinna vinnu við að tína upp brotin og baksa með límið.

Nú er hægt að gera grein fyrir eðli púka Maxwells. Þá hugsum við okkur tvö ílát sem tengd eru saman með litlu gati sem hægt er að opna og loka. Í upphafi er gatið lokað með heitt gas í öðru ílátinu en kalt gas í hinu. Þetta ástand er reglulegt og því með litla óreiðu. Ef gatið er opnað getur gas flætt á milli ílátanna og eftir nokkra stund er gasið í ílátunum orðið einsleitt, volgt gas er í báðum ílátum og óreiðan er meiri en í upphaflega ástandinu.



En nú kemur til kasta púkans. Hann sest við gatið og getur opnað það og lokað að vild. En hann er slægur djöfull og skapar usla með því að leyfa einungis hraðfara gaseindum að fara úr íláti A í B og einungis hægfara gaseindum að fara úr B í A. Smám saman safnast hægfara gaseindirnar fyrir í íláti A og þær hraðfara í íláti B. Hitastig í gasi er í hlutfalli við meðalgildið á hreyfiorku gassameindanna og þess vegna verður hitastig í gasi A lægra en hitastigið í gasi B. Þar með hefur óreiða kerfisins minnkað aftur og eðlisfræðilögmál verið brotin að því er virðist.

Önnur útgáfa af púkanum er sú sem vomir yfir gatinu milli tveggja gasíláta við sama þrýsting. Þá hleypir púkinn aðeins gaseindum í aðra áttina í gegnum gatið en lokar alltaf þegar gaseindir reyna að komast í hina áttina. Þessi púki dregur úr óreiðu með því að koma á mismunandi þrýstingi í ílátunum tveimur.

Sem betur fer hefur eðlisfræðinni tekist að særa púka Maxwells út úr heiminum. Þegar virkni hans er skoðuð nánar kemur nefnilega í ljós að púkinn þarf sífellt að vera að vinna vinnu. Í fyrra tilfellinu þarf hann að mæla hraða sérhverrar gassameindar sem nálgast gatið og í seinna tilfellinu þarf hann alltaf að fylgast með hvort gaseind sé að nálgast gatið og greina úr hvoru ílátinu það er. Síðan þarf hann sífellt að vera að opna og loka gatinu. Allar þessar framkvæmdir kosta vinnu og valda því aukinni óreiðu einhvers staðar í heiminum. Sú óreiða verður alltaf meiri en sú óreiðuminnkun sem púkinn getur valdið í gasílátunum. Þetta hefur verið reiknað út.

Hugsanlega hafa komið fram nýjar útfærslur á þessari gömlu hugmynd um púka Maxwells en þær hljóta allar að vera í þessum anda og engin þeirra getur staðist nákvæma skoðun.

Mynd:...