Brown-a Kliko

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Saltu al: navigado, serĉo
Skema bildo de Brown-a kliko

La Brown-a kliko estas pensita eksperimento pri ŝajna senfina movo maŝino elpensata de Richard Feynman[1] en prelego pri fiziko ĉe la California Institute of Technology la 11an de Majo 1962, kiel ilustraĵo de leĝoj de termodinamiko. La simpla maŝino, konsistanta de padelrado kaj kliko, ŝajnas esti ekzemplo de diablo de Maxwell, kiu kapablas ekstrakti utilan laboron de hazardaj variadoj en sistemo ĉe termodinamika ekvilibro. La detalata analizo de Feynman montris kial ĝi ne povas esti tiel.

La Maŝino[redakti | redakti fonton]

La maŝino konsistas de nesimetria dentrado, konata kiel kliko, kiu libere rotacias laŭ unu direkcio, sed estas limata rotacii laŭ la mala direkcio per dento. La kliko estas ligita per senmasa kaj senfrota stango al padelrado, kiu estas mergata en bano de molekuloj ĉe temperaturo T_1. La molekuloj konstituas varmbanon kie ili submetiĝas al hazarda promenado kun averaĝa kineta energio, kiu estas determinata per la temperaturo. Ĉiu foje molekulo kolizias kun padelo, ĝi donas impulson, kiu aplikas tordon sur la kliko (la meĥanismo image estas sufiĉe eta por esti movata de ĉi tiu forteto). Ĉar la dento nur permesas movadon laŭ unu direkcio, la totala efekto de multaj de ĉi tiuj hazardaj kolizioj devus esti la kontinua rotacio de la kliko laŭ tiu direkcio. La movo de la kliko povas do esti uzita por fari laboron sur aliaj sistemoj, ekzemple levi pezon kontraŭ gravito. La energio bezonata por fari ĉi tiun laboron ŝajne venus de varmbano, sen ajn varmgradiento. Se tia maŝino laborus kiel rimarkita, ĝia operacio kontraŭdirus unu formon de la dua leĝo de termodinamiko, kiu povas esti deklarita kiel: "Estas malebla por ajn aparato, kiu operacias sur ciklo, ricevi varmon de sola baseno kaj produkti netan amason de laboro."

Kial ĝi ne funkcias[redakti | redakti fonton]

Kvankam unuavide la kliko de Brown ŝajnas ekstrakti utilan laboron de Brown-a movo, Feynman montris ke ĝia operacioj estus memvenkobantaj, kaj fakte ne produktus ajn laboron. Simpla metodo, por vidi kiel la maŝino povas malsukcesi, estas memori ke kliko kaj dento, sufiĉe eta por moviĝi laŭ individuaj molekulaj kolizioj, estus sufiĉe etaj por submetiĝi movo de Brown ili mem. Do la dento intermite malsukcesos, permesante la kliko iri malantaŭe. Feynman montris ke se la temperaturo T_2 de la kliko kaj dento estas la sama kiel la temperaturo T_1 de la bano, sekve la malsukcesa rapideco devas egali la rapideco laŭ kiu la kliko moviĝas antaŭe, tiel ke neta movo rezultas dum sufiĉe longaj periodoj aŭ en averaĝaensemblo-senco .[1]

Se, alie, T_2 estas pli eta ol T_1, la kliko povas moviĝi antaŭe. Ĉi tiu kaze, tamen, energio estas ekstraktata de la temperaturo-gradiento laŭ la dua leĝo.

La Feynman-a kliko modelo kondukas al simila koncepto de motoroj de Brown, nanomaŝinoj kiuj povas ekstrakti utilan laboron, ne de varmbruo sed de kemiaj potencialoj kaj aliaj mikroskopaj neekvilibro-fontoj, laŭ la leĝoj de termodinamiko.

Vidu ankaŭ[redakti | redakti fonton]

Notoj[redakti | redakti fonton]

  1. 1,0 1,1 (1963) The Feynman Lectures on Physics, Vol. 1. Massachusetts, USA: Addison-Wesley, Chapter 46. ISBN 0201021161. 

Eksteraj ligoj (anglalingve)[redakti | redakti fonton]

Artikoloj

Astumian RD (1997). "Thermodynamics and kinetics of a Brownian motor", gazeto : Science, volumo : 276, paĝoj : 917–22. COI:10.1126/science.276.5314.917

Astumian RD, Hänggi P (2002). "Brownian Motors", gazeto : Physics Today, volumo : 55, numero : 11, paĝoj : 33–9. COI:10.1063/1.1535005

Hänggi P, Marchesoni F, Nori F (2005). "Brownian Motors", gazeto : A. Physik (Leipzig), volumo : 14, paĝoj : 51–70. COI:10.1002/andp.200410121

  • Lukasz Machura: Performance of Brownian Motors. University of Augsburg, 2006 (PDF)

Peskin CS, Odell GM, Oster GF (July 1993). "Cellular motions and thermal fluctuations: the Brownian ratchet", gazeto : Biophys. J., volumo : 65, numero : 1, paĝoj : 316–24. COI:10.1016/S0006-3495(93)81035-X

Hänggi P, Marchesoni F (2008). "Artificial Brownian motors: Controlling transport on the nanoscale: Review", gazeto : . arΧiv:0807.1283