Главная > Физика > Общий курс физики. Молекулярная физика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 91. «Демон» Максвелла

Максвеллу принадлежит идея следующего мысленного опыта, который на первый взгляд находится в противоречии со вторым началом термодинамики.

Представим себе некоторое устройство, способное «чувствовать» отдельные молекулы, и поместим его в отверстие стенки, разделяющей на две части сосуд с газом (рис. 98). Пусть вначале давление и температура газа в обеих частях сосуда одинаковы. Несмотря на это, вследствие своих хаотических тепловых движений молекулы непрерывно проходят через отверстие как слева направо, так и справа налево, причем в среднем количество частиц, проходящих через отверстие в единицу времени в обоих направлениях, одинаково, так что давление и температура в обеих частях сосуда не изменяются.

Рис. 98.

Пусть теперь упомянутое выше устройство, которое Максвелл назвал «демоном», начинает действовать так, что оно пропускает в одну сторону только быстрые, а в другую сторону только медленные молекулы. В результате через некоторое время в одной половине сосуда — в той, куда демон пропускал быстрые частицы, — средняя скорость молекул окажется выше, чем в другой. Это значит, что газ в одной половине сосуда окажется при более высокой температуре.

Таким образом, без всякой внешней работы возникает разность температур, что находится в вопиющем противоречии со вторым началом термодинамики, которое «разрешает» только выравнивание имеющейся разности температур, но «запрещает» самопроизвольное возникновение такой разности.

В действительности противоречия здесь нет. Второе начало термодинамики применимо лишь к макроскопическим телам, содержащим очень большое число частиц. Это видно из той связи, которая существует между энтропией и вероятностью, о которой вообще нельзя говорить, если число частиц невелико. Для

максвелловского же «демона» газ не является макроскопическим телом, раз он способен отбирать отдельные молекулы, а к ним второе начало не относится.

С точки зрения механизма явления парадокс Максвелла разрешается следующим образом. Отказываясь, разумеется, от мысли о «демоне», расположившемся у отверстия с намерением нарушить второе начало термодинамики, мы должны иметь в виду именно некоторое устройство. Так как это устройство приводится в действие ударами молекул (пусть даже быстрых), то оно само должно быть молекулярных размеров. Детали этого устройства будут поэтому участвовать в молекулярных тепловых движениях (типа броуновского). Но эти движения вполне беспорядочные, статистические. Вследствие этого отверстие будет открываться по законам случайности, так что через него смогут проходить не только быстрые, но и медленные молекулы, и ожидаемого появления разности температур не произойдет, в полном соответствии со вторым законом термодинамики.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление