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布朗棘轮

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布朗棘轮的示意图
布朗棘轮的示意图

布朗棘轮(Brownian ratchet),又称费曼棘轮,由波兰物理学家玛丽安·斯莫卢霍斯基英语Marian Smoluchowski于1912年提出的永动机构想[1],因物理学家理查德·费曼于1962年的讲座中传播开来[2]

如图,一个浸在水中的桨轮上连接一个微小的棘轮。因棘轮只能单方向转动,由于分子的布朗运动,当分子随机与桨轮碰撞时,桨轮只能往一个方向转,而且可用来做功,例如举起一个小砝码。 这样一来只要使用简单的棘轮,像是用掣子(pawl)咬住齿轮,就可以让桨轮永远转动下去。

但费曼自己证明了他的布朗棘轮必须要有一个微小的掣子,能随分子的碰撞而动。当棘轮和掣子的温度与水相同时,这个微小的掣子三不五时就会失效,而无法产生净移动。当温度低于水温时,桨轮就有可能只往一个方向转动,此时耗的能来自于温度梯度,并未违反热力学第二定律

参考资料

  1. ^ M. von Smoluchowski (1912) Experimentell nachweisbare, der Ublichen Thermodynamik widersprechende Molekularphenomene, Phys. Zeitshur. 13, p.1069 cited in Freund, Jan (2000) Stochastic Processes in Physics, Chemistry, and Biology, Springer, p.59
  2. ^ Feynman, Richard P. The Feynman Lectures on Physics, Vol. 1. Massachusetts, USA: Addison-Wesley. 1963. Chapter 46. ISBN 978-0-201-02116-5.  已忽略未知参数|url-access= (帮助)
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