麦克斯韦的妖.pptx

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1、麦克斯韦的妖物理系一班1130600016李芸麦克斯韦的妖麦克斯韦妖是在物理学中，假想的能探测并控制单个分子运动的“类人妖”或功能相同的机制，是1871年由19世纪英国物理学家麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性(为了批驳“热寂论”)而设想的。麦克斯韦妖又被称为麦克斯韦精灵。麦克斯韦妖：处在一个盒子中的一道闸门边，它允许速度快的微粒通过闸门到达盒子的一边，而允许速度慢的微粒通过闸门到达盒子的另一边。这样，一段时间后，盒子两边产生温差。目录提出背景发展过程提出与验证意义背景当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制，

2、但他无法清晰地说明这种机制，他只能诙谐的假定一种“妖”，能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。发展过程第一类永动机第二类永动机热寂论第一类永动机：在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机（机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功)的制造。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。热力学第一定律的产生：在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。于是，热力学应运而生

3、。1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。德国医生、物理学家迈尔提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的具体表现，它指明：热是物质运动的一种形式。这说明外界传给物质系统的能量（热量），等于系统内能的增加和系统对外所作功的总和。它否认了能量的无中生有，所以不需要动力和燃料就能做功的第一类永动机就成了天方夜谭式的设想。发展过程在热力学第一定律之后，人们开始考虑热能转化为功的效率

4、问题。这时，又有人设计了第二类永动机（可以从一个热源无限地取热从而做功)。卡诺循环:1824年，法国陆军工程师卡诺设想了一个既不向外做功又没有摩擦的理想热机。通过对热和功在这个热机内两个温度不同的热源之间的简单循环（即卡诺循环）的研究，得出结论：热机必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决与热源的温差，热机效率即使在理想状态下也不可能的达到100%。即热量不能完全转化为功。热力学第二定律:1.1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理,并指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化

5、，这就是热力学第二定律。2.不久，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。3.奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。第一类永动机第二类永动机热寂论发展过程热寂论在提出第二定律的同时，克劳修斯还提出了熵的概念S=Q/T，并将热力学第二定律表述为：在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵增加。但在这之后，克劳修斯错误地把孤立体系中的熵增定律扩展到了整个宇宙中，认为在整个宇宙中热

6、量不断地从高温转向低温，直至一个时刻不再有温差，宇宙总熵值达到极大。这时将不再会有任何力量能够使热量发生转移，此即“热寂论”。为了批驳“热寂论”，麦克斯韦设想了一个无影无形的精灵，即麦克斯韦妖。第一类永动机第二类永动机热寂论麦克斯韦的妖麦克斯韦妖是在物理学中，假想的能探测并控制单个分子运动的“类人妖”或功能相同的机制，是1871年由19世纪英国物理学家麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性(为了批驳“热寂论”)而设想的。麦克斯韦妖又被称为麦克斯韦精灵。麦克斯韦妖：处在一个盒子中的一道闸门边，它允许速度快的微粒通过闸门到达盒子的一边，

7、而允许速度慢的微粒通过闸门到达盒子的另一边。这样，一段时间后，盒子两边产生温差。提出与验证麦克斯韦的妖1871年，他在《热理论》一书的末章《热力学第二定律的限制》中，设计了一个假想的存在物——“麦克斯韦妖”。麦克斯韦妖有极高的智能，可以追踪每个分子的行踪，并能辨别出它们各自的速度。这个设计方案如下：“我们知道，在一个温度均匀的充满空气的容器里的分子，其运动速度决不均匀，然而任意选取的任何大量分子的平均速度几乎是完全均匀的。让我们假定把这样一个容器分为两部分，A和B，在分界上有一个小孔，在设想一个能见到单个分子的存在物，打开或关闭那个小孔

8、，使得只有快分子从A跑向B，而慢分子从B跑向A。这样，它就在不消耗功的情况下，B的温度提高，A的温度降低，而与热力学第二定律发生了矛盾"。麦克斯韦认为，只有当我们能够处理的只是大块的物体而无法看出或处理借以