Ричард Филлипс Фейнман - 4a. Кинетика. Теплота. Звук
Название: | 4a. Кинетика. Теплота. Звук | |
Автор: | Ричард Филлипс Фейнман | |
Жанр: | Физика | |
Изадано в серии: | Фейнмановские лекции по физике #4 | |
Издательство: | неизвестно | |
Год издания: | - | |
ISBN: | неизвестно | |
Отзывы: | Комментировать | |
Рейтинг: | ||
Поделись книгой с друзьями! Помощь сайту: донат на оплату сервера |
Краткое содержание книги "4a. Кинетика. Теплота. Звук"
Аннотация к этой книге отсутствует.
Читаем онлайн "4a. Кинетика. Теплота. Звук". [Страница - 2]
- 1
- 2
- 3
- 4
- . . .
- последняя (58) »
Рассмотрим причину этого. Чтобы поднять собачку до верха зубца, надо проделать работу против натяжения пружинки. Назовем эту работу e; пусть q — угол между зубцами. Шанс, что система накопит достаточно энергии e, чтобы поднять собачку до края зубца, есть ехр(-e/kT). Но вероятность того, что собачка поднимется случайно, тоже есть ехр(-e/kT). Значит, сколько раз собачка случайно поднимется, давая храповику свободно повернуться назад, столько же раз окажется достаточно энергии, чтобы при прижатой собачке вертушка повернулась вперед. Выйдет равновесие, а не вращение.
§ 2. Храповик как машина
Пойдем дальше. Рассмотрим другой пример: температура вертушки T1, а температура храповика Т2; T2меньше Т1. Так как храповик холодный и флуктуации собачки сравнительно редки, ей теперь очень трудно раздобыть энергию e. Но из-за того, что вертушка горячая, она часто получает энергию e, и наше устройство начнет, как и задумано, вертеться в одну сторону.
Посмотрим-ка, удастся ли нам теперь поднимать грузы. Привяжем к барабану нить и привесим к ней грузик вроде нашей блошки. Пусть L будет момент, создаваемый грузом. Если момент L не очень велик, наша машина груз поднимет, так как из-за броуновских флуктуации повороты в одну сторону вероятнее, чем в другую. Определим, какой вес мы сможем поднять, как быстро он будет подниматься и т. д.
Сперва рассмотрим движение вперед, для которого храповик и предназначен. Сколько энергии нужно занять у вертушки, чтобы продвинуться на шаг? Чтобы поднять собачку, нужна энергия e. Чтобы повернуть храповик на угол q против момента L, нужна энергия Lq. Всего нужно занять энергию e+Lq. Вероятность заполучить ее равна ехр[-(e+Lq)/kT1. В действительности дело не только в самой этой энергии, но и в том, сколько, раз в секунду она окажется в нашем распоряжении. Вероятность в секунду только пропорциональна ехр[-(e+Lq)/kT1]; обозначим коэффициент пропорциональности 1/t (он в конце выкладок выпадет). После каждого шага вперед совершенная над грузом работа есть Lq. Энергия, взятая у вертушки, равна e+Lq. Энергией e наматывается нить, затем следует: щелк, щелк, клингенкланггеклунген..., и энергия переходит в тепло, Вся одолженная энергия идет на то, чтобы поднять блошку и собачку, которая потом падает и отдает тепло другой стороне (храповику).
Рассмотрим теперь случай обратного вращения. Что происходит здесь? Чтобы храповик повернулся назад, надо лишь снабдить собачку такой энергией, чтоб ей хватило сил подняться и пропустить храповик. Эта энергия по-прежнему равна e. Вероятность (в пересчете на секунду) того, что собачка поднимется на нужную высоту, теперь равна (1/t)ехр(-e/kT2). (Множитель пропорциональности тот же, но в показателе стоит kT2из-за того, что температура иная.) Когда это случается, т. е. зубчатка проскальзывает назад, работа уже высвобождается (высвободился один зубец, а вместе с ним и работа Lq). Энергия, взятая у системы храповик — собачка, есть e, а энергия, переданная газу на другом конце оси при температуре T1, есть Lq+e. Это тоже легко понять. Положим, что собачка поднялась сама собой за счет флуктуации. Когда она упадет и пружинка ударит ее по зубцу, возникнет сила, стремящаяся повернуть зубчатку, ведь плоскость-то, о которую ударилась собачка, наклонная. Эта сила производит работу; то же можно сказать о весе грузика. Обе силы суммируются, и вся медленно высвобождаемая энергия появляется в виде тепла на той стороне, где вертушка. (Конечно, так и должно быть по закону сохранения энергии, но мы обязаны осторожно продумать все насквозь!)
Мы замечаем, что все эти энергии в точности те же, что и раньше, только переставлены. Итак, смотря по тому, какое из отношений больше, грузик либо медленно поднимается, либо медленно опускается. Конечно, на самом деле он непрерывно ходит туда-сюда, покачивается, но мы говорим об усредненном поведении.
Положим, что при определенном весе вероятности окажутся равными. Тогда --">- 1
- 2
- 3
- 4
- . . .
- последняя (58) »
Книги схожие с «4a. Кинетика. Теплота. Звук» по жанру, серии, автору или названию:
Б Н Суслов - Звук и слух Жанр: Физика Год издания: 1948 Серия: Научно-популярная библиотека солдата и матроса |
Ричард Филлипс Фейнман - Фейнмановские лекции по физике 5b Жанр: Физика Серия: Фейнмановские лекции по физике |
Ричард Филлипс Фейнман - Фейнмановские лекции по физике 4a Жанр: Физика Серия: Фейнмановские лекции по физике |
Ричард Филлипс Фейнман - 3. Излучение. Волны. Кванты Жанр: Физика Серия: Фейнмановские лекции по физике |
Другие книги из серии «Фейнмановские лекции по физике»:
Ричард Филлипс Фейнман - Фейнмановские лекции по физике 7 Жанр: Физика Серия: Фейнмановские лекции по физике |
Ричард Филлипс Фейнман - Фейнмановские лекции по физике 6 Жанр: Физика Серия: Фейнмановские лекции по физике |
Ричард Филлипс Фейнман - 1. Современная наука о природе, законы механики Жанр: Физика Серия: Фейнмановские лекции по физике |
Ричард Филлипс Фейнман, Роберт Лейтон, Мэттью Сэндс - Том 3. Квантовая механика Жанр: Физика Серия: Фейнмановские лекции по физике |