Delta mi!

Jak co miesiąc, dwa ciekawe zadania z fizyki...

Perpetuum mobile (z łac. "wiecznie poruszający się") pierwszego rodzaju to hipotetyczna maszyna, której jedynym efektem działania jest wykonywanie pracy, a więc również produkcja energii. Istnienie takiego tworu sprzeczne jest w oczywisty sposób z zasadą zachowania energii. Konstrukcją nieco bardziej wyrafinowaną jest perpetuum mobile drugiego rodzaju, a więc urządzenie, którego (jedynym) skutkiem funkcjonowania byłaby zamiana ciepła na pracę. Możliwość zbudowania takiej machiny nie jest bynajmniej wykluczona przez zasadę zachowania energii, a wizja urządzenia, które produkowałoby użyteczną pracę poprzez chłodzenie jakiegoś medium, może się (słusznie) wydać ze wszech miar pociągająca.

Drugą zasadę termodynamiki kojarzymy z nieodwracalnością procesów fizycznych, "strzałką czasu", entropią i jej nieuchronnym wzrostem.

Znane powiedzenie mówi, że istnieją dwie szkoły: otwocka oraz falenicka. Jedna na pewno jest lepsza, druga oczywiście gorsza; sęk w tym, że nie wiadomo, która jest jaka.

Przez większą część historii ludzkości pożywienie było dobrem trudno dostępnym. Słodkie i dojrzałe owoce pojawiały się okresowo, a trzeba było o nie konkurować z innymi organizmami. Wiele zwierząt dostarczało cennego białka, ale białko owo miało tendencje do uciekania i trzeba się było za nim nabiegać. Co gorsza, raz pozyskane jedzenie zaczynało się bardzo szybko psuć i niełatwym zadaniem było jego konserwowanie, tak by mogło ono starczyć na dłużej, pomagając przeczekać okresy niedostatku.

Tę zabawę znają wszyscy. Słyszymy "ciepło", gdy zbliżamy się do poszukiwanego przedmiotu, i "zimno", gdy od celu się oddalamy. Czasami jednak lepiej pójść w "zimną" stronę.

Chyba w żadnym innym dziale fizyki nie uzyskano tak doniosłych wyników opartych na błędnym wyobrażeniu o naturze świata jak przy badaniu zjawisk cieplnych...

Sposobów na chłodzenie wymyślono wiele. Z termodynamicznego punktu widzenia każdy proces, w którym zmienia się entropia, może być użyty do wytworzenia różnicy temperatur. Jednym z ciekawszych, choć raczej mało znanym sposobem, jest wykorzystywanie efektu magnetokalorycznego...

Dożyliśmy czasów, w których ustawicznie należy podnosić swoje kompetencje, żeby nie pozostać w tyle. Pod prąd temu poglądowi chciałbym pokazać, jak przerost wiedzy może uniemożliwić dostrzeżenie prostego rozwiązania zadania z olimpiady fizycznej z roku 1980 o następującej treści...

W termodynamice charakteryzujemy równowagowy układ za pomocą pewnego zbioru parametrów (np. ciśnienia, objętości i temperatury) i związków pomiędzy nimi (np. równania stanu gazu). Wielkości te są funkcjami stanu, a więc są jednoznacznie przyporządkowane danemu stanowi układu i nie zmieniają się w czasie. Jeśli jednak spojrzymy na układ z punktu widzenia jego struktury mikroskopowej, na cząsteczki gazu w ciągłym ruchu, powstaje pytanie: jak powiązać charakterystyki termodynamiczne układu z jego mikroskopową dynamiką?

Tym razem nie damy się nabrać! – powiecie. Perpetuum mobile, czyli urządzenie poruszające się i wykonujące pracę bez dopływu energii z zewnątrz, nie istnieje.

Z przyjemnością stwierdzam, że II zasada termodynamiki, zaatakowana przeze mnie w niewybredny sposób w numerze 1/1989 Delty, doczekała się obrońców.

Kilkakrotnie już spotykaliśmy się na łamach Delty próbując z większym lub mniejszym powodzeniem obalać różne prawa fizyki. Dotychczasowe próby miały nam pokazać, że ludzie mają skłonność do uogólniania prawidłowości, które sformułowali badając jakieś zjawiska czy właściwości pewnych obiektów, na zjawiska czy obiekty zbyt odległe od tych, które były podstawą sformułowania prawa.