2-е начало термодинамики

[aerumna-vae.livejournal.com]

гласит: "Невозможна самопроизвольная передача теплоты от холодного тела к теплому".

почему в данном начале не учитываются квантовые эффекты, например туннельный, когда частица перескакивает через потенциальный барьер? веть очевидно, что при очень большой удаче более "горячие" частицы более "холодного" тела могут поменяться местами с более "холодными" частицами более "горячего" тела.

Comments

[yalexey.livejournal.com]

Статистика. Конечно, они поменяются. но не сделают погоды в общем процессе.

[aterentiev.livejournal.com]

если вы придумаете, как сделать Демона Максвелла в макромире, будет вам вечный двигатель :)

[ubick.livejournal.com]

Видать у горячего тела таких "горячих" частиц больше, чем у холодного при любой удаче, и при любом раскладе горячее тело насуёт суммарно холодному по самые помидоры.

[aerumna-vae.livejournal.com]

точно за каждую конкретную частицу ручатся нельзя и существует ненулевая вероятность, что они чисто случайно всё сделают как надо. так веть?

[aerumna-vae.livejournal.com]

демон - это когда спецально пытаются

[zly-pies.livejournal.com]

Если я правильно понял вашу мысль, то согласно этому и вода в стакане в тёплом помещении может внезапно стать льдом. Вопрос той самой ненулевой вероятности.

[aerumna-vae.livejournal.com]

да, я именно про это. почему не делают оговорку?

[grimnir-igg.livejournal.com]

Для этого квантовые эффекты не нужны: это самая наиклассическая статистическая механика :)

Фишка в том, что второй закон термодинамики, он статистический (да и понятие "теплота" тоже). Т.е. утверждение, что тепло переходит от горячего к холодному, оно, во-первых, относится к телам, состоящим из достаточно большого количества частиц, а во-вторых, уже учитывает то, что некоторое количество "более горячих" частиц холодного тела смогут передать свою энергию горячему. Потому что это мелочь и погоды она не сделает.

Но, опять же, закон статистический: для малого количества частиц он неприменим. Если у нас одно тело состоит из двух частиц, а другое – из трёх, то произойти там может что угодно. Но, с другой стороны, для работы с такими телами нам и не нужна термодинамика: захем, если, в этом случае, можно сделать точный и полный расчёт? ;)

[dendrr.livejournal.com]

Смотрите: "2 начало" - это статистическая физика. Туннельный эффект - квантовая. Поэтому сравнивать их попросту нельзя: одна считает все усредненным (где дохренищи частиц), другая работает с отдельными частицами (одна там или две).

Однако также есть и квантовая статистика. А там уже применяются вероятности, так что "на пальцах" это объяснить довольно сложно (см. распределения Бозе-Эйнштена и Ферми-Дирака). И здесь уже действительно квант может перейти от "холодного" к "горячему", но вот одна беда: вероятность этого процесса гораздо меньше, чем вероятность обратного. И разница тем больше, чем больше разница температур.

Иными словами - один шальной "тепловой квант" может перескочить от, скажем, льда к кипятку. Ну пусть 5, мне не жалко. Но одновременно от кипятка ко льду перескакивает, условно говоря, тысяча квантов. Но если смотреть в общем и целом, то это все равно что от кипятка в лед перешло 995 квантов, а из льда в кипяток - ничего. Итого, передача тепла идет от горячего к холодному, но не наоборот.

[aerumna-vae.livejournal.com]

точный расчёт сделать нельзя в любом случае

[7river.livejournal.com]

Термодинамика - наука статистическая, ее утверждения верны для больших количеств частиц.
Отдельные квантовые флуктуации не делают погоды на фоне кучи "правильных" частиц.
Вероятность того, что все частицы дружно и единовременно нарушат это правило - неисчислимо мала и рассматривается только умозрительно по приколу.

[aerumna-vae.livejournal.com]

вероятность меньше, но веть есть.

[aerumna-vae.livejournal.com]

т.е. для 10 частиц термодинамика не термодинамика, а для 11 уже работает? (числа условные конечно)

[zly-pies.livejournal.com]

Но истории не известны случаи, когда бы вода таки замёрзла.
Как в Ньютоновской механике пренебрегают теорией относительности Энштейна, так, видимо, и в термодинамике не принято учитывать квантовые эффекты.

[grimnir-igg.livejournal.com]

Это, собственно, почему?

[khathi.livejournal.com]

Такие вещи называются «термодинамическими чудесами» и ввиду ничтожной вероятности обычно просто игнорируются.

[grimnir-igg.livejournal.com]

Термодинамика – приближение и имеет границы применимости и, как водится с приближением, границы эти не всегда чёткие.

В общем, скорее так: "для 2 частиц не работает, для 10 не работает, для 100 работает хреново, для 10000 скорее работает, чем нет, для моля работает замечательно".

[grimnir-igg.livejournal.com]

Как это не делают???
В любом учебнике статистической механики описаны все выводы уравнений и указаны границы их применимости. Указаны не всегда в явном виде, но вполне очевидно как их найти.

[chlorian.livejournal.com]

Именно так. Для пяти частиц не работает вообще, для миллиарда - практически нерушим.

[dendrr.livejournal.com]

Ну вот попробовал я подобрать механическую аналогию... Это можно представить как большой стакан с мелкими дырочками в дне (он играет роль "горячего тела"), который подвешена над ванной с водой ("холодное тело"). Заполняем стакан также водой и оставляем в таком положении.

Поначалу уровень воды в стакане выше уровня воды в ванне, поэтому вода просто вытекает вниз. Потом (пусть стакан ну очень высокий, а ванна - не такая уж и широкая) уровни постепенно сближаются, но процесс продолжается.
Наконец, вода в ванне поднимается так, что дно стакана оказывается под водой. И тут, засчет в первую очередь броуновского движения, отдельные молекулы пробиваются сквозь дырочки (которая по-любому больше размеров молекул) в стакан. Однако же наблюдатель видит, что уровень воды в стакане все же понижается, хотя и не так быстро. И, в конце концов, сравниваются и больше не меняются.

Так вот, в данном случае 2-е начало термодинамики выражается так: "Вода, за счет силы тяжести, перетекает из стакана в ванну, но никогда наоборот".
А тоннельный эффект - это то самое броуновское движение: то есть, чисто теоретически, какая-то молекула может проскочить через узкий канальчик наверх, вопреки силе тяжести.

Переформулируя последний абзац: квантовая часть здесь - поведение единичных молекул, которые могут летать где угодно, игнорируя законы Ньютона.
А статистическая (термодинамическая) часть - поведение воды как целого, которая стремится к механическому равновесию, в данном случае - к минимуму потенциальной энергии. Это значит, что поверхность воды будет как можно ниже и занимать как можно меньшую площадь.

[apashenko.livejournal.com]

Потому что в середине девятнадцатого века, когда были сформулированы начала термодинамики, квантовой механики (появившейся в начале века двадцатого) никто не знал.

[grimnir-igg.livejournal.com]

Всё так, кроме квантов: туннельный эффект (как и прочие квантовые штучки) тут вообще не при делах.

Броуновское движение – совершенно классическое явление, вылет отдельной молекулы из ледышки в пар тоже вполне описывается классической механикой, без всяких квантов.

[dendrr.livejournal.com]

Я знаю.
Но для объяснения "на пальцах" пойдет. Так-то кинетическая энергия засчет столкновений просто переходит в потенциальную, без всяких ухищрений, поэтому молекула и летит вверх.
И если рассмотреть частицу в 6-мерном пространстве, добавив импульс, то можно уже говорить о "состояниях", и, в пределе, только одно такое "состояние" позволяет проскочить ту самую дырку в дне снизу вверх. Тот самый барьер.

[chlorian.livejournal.com]

Делают. А учебник по марксистско-ленинской философии требовал, чтоб эта оговорка у тебя от зубов отскакивала. Типа "Задание 10. Что бы вы возразили буржуазному идеалисту, который, опираясь на ложно понимаемые законы термодинамики, отрицал бы вечность Вселенной как в прошлом, так и в будущем?"

[aerumna-vae.livejournal.com]

флуктуации и невозможность измерить импульс