Актуализация темы



жүктеу 41.42 Kb.
Дата17.06.2016
өлшемі41.42 Kb.
Проект «Модель Демона Максвелла»,

выполненный учеником 11 класса Есиным Николаем

Актуализация темы

Современная промышленность потребляет огромное количество энергии. Главную часть этой энергии составляет энергия ископаемого топлива. Главными видами топлива, которое используется в разных отраслях промышленности, являются ископаемый уголь, нефть, природный газ. Мировое потребление топлива каждые 20 лет возрастает примерно вдвое.

Ограниченность природных ресурсов ставят перед человечеством задачу освоения новых источников энергии. Следуя этой цели, была разработана теория «вечного двигателя», который бы давал огромное количество энергии, практически не затрачивая ее.

Компьютерная моделирующая программа позволяет более подробно и наглядно изучить происходящий физический процесс.


Цели


Показать с помощью виртуальной модели сортировку молекул в камере, содержащей газ и разделенной на две равные половинки мембраной, которая имеет механизм управления (Максвелл назвал его «демоном»), способный различать среди молекул более быстрые и более медленные.

Задачи исследования





  1. Понять, как устроен «демон Максвелла», какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;

  2. Научиться управлять процессом и определить наилучшие способы управления при заданных целях;


Обзор литературы по проблеме
Из используемой литературы почерпнули, что для работы тепловой машины необходимо наличие двух тел с различной температурой – нагревателя и холодильника. Если нет разности температур, тепловой двигатель работать не будет, что формально вытекает также из формулы для расчета КПД,

КПД=Т1 – Т2/ Т1

Но нельзя ли сконструировать такую установку, где бы разность температур возникала «сама собой», автоматически, в результате действия самой машины? Такое устройство впервые было предложено в середине XIX века выдающимся английским физиком Д.К. Максвеллом (1831 - 1879).

Пусть, рассуждал Максвелл, камера, заключающая некоторый газ, разделена на две равные половины мембраной. Мембрана имеет механизм управления (Максвелл назвал его «демоном»), способный различать среди молекул более быстрые и более медленные. Если «демон» начнет открывать и закрывать мембрану так, чтобы пропускать быстрые молекулы только справа налево, а более медленные только в противоположном направлении, то некоторое время спустя все быстрые молекулы окажутся в левой половине камеры, а все медленные – в правой. Тогда температуры слева и справа окажутся различными, так как температура газа определяется скоростью его молекул.

Но там, где есть разность температур, может работать тепловой двигатель. После того как в результате его действия температуры в обеих частях камеры выровняться, процесс сортировки молекул по скоростям можно повторить, и так без конца, пока не износятся детали машины.

Таким образом, мы все же получили вечный двигатель?!

Для решения этой задачи мы воспользовались компьютерным моделированием, при помощи среды программирования – Delphi. Итак, моделирование – это представление различных характеристик поведения физической или абстрактной системы с помощью другой системы. В нашем случае исследование поведения сложной системы на ее модели, называется имитационным моделированием. Оно позволит нам осуществить «в чистом виде» проверку гипотез, заложенных в наши представления о микрособытиях, очистив их от неизбежного в натурном эксперименте влияния других факторов, о которых мы можем даже не подозревать.



Методы и методики исследования





  1. Постановка задачи.

а) сбор информации о задаче;

б) формулировка условия задачи;

в) определение конечных целей решения задачи;

г) определение формы выдачи результатов;

д) описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т. п.);


  1. Разработка алгоритма.

а) выбор метода проектирования алгоритма;

б) выбор формы записи алгоритма;

в) выбор тестов и метода тестирования;

г) проектирование алгоритма.




  1. Составление программы.

а) выбор языка программирования;

б) уточнение способов организации данных;

в) запись алгоритма на выбранном языке программирования;


  1. Отладка и тестирование, варьирование параметров.

а) синтаксическая отладка;

б) отладка семантики и логической структуры;

в) тестовые расчеты и анализ результатов тестирования;

г) совершенствование программы.




  1. Анализ результатов решения задачи.

Основные результаты исследования

В ходе нашего исследования мы добились желаемого результата. Молекулы сортировались и разделялись на две половины. В одной половине находились более горячие молекулы (красные), а в другой более холодные (зеленые). Нам удалось регулировать процесс, то есть менять количество частиц и как следствие менять скорость сортировки.



Иными словами можно сказать, что мы добились разности температур. Из этого следует, что идет выделение энергии, то есть машина работает. «Демон» работает.

Выводы и заключения


Парадокс Максвелла удалось разрешить сравнительно недавно. Предполагалось, что устройство, сортирующее молекулы по скоростям, работает либо вообще без затраты энергии, либо потребляет ее в ничтожных количествах. Между тем для работы «демона» необходима энергия. «Демон», в частности, должен «видеть» молекулы, а для этого их нужно освещать, что требует затраты энергии.

Точные расчеты, произведенные французским физиком Л.Бриллюэном (1889 – 1971), показали, что даже в наиболее благоприятном случае отсутствия непринципиальных потерь (т.е. потерь на трение и т. п.) после первой сортировки молекул по скоростям в устройстве накапливается энергия в количестве, как раз достаточном для приведения в действие «демона» еще раз. Таким образом, в лучшем случае «демон» сможет приводить в действие лишь самого себя, а об использовании всего устройства в качестве источника энергии не может быть и речи.


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет