Актуализация темы

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;
   

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.);

2. 
   Разработка алгоритма.
   

а) выбор метода проектирования алгоритма;

б) выбор формы записи алгоритма;

в) выбор тестов и метода тестирования;

г) проектирование алгоритма.

3. 
   Составление программы.
   

а) выбор языка программирования;

б) уточнение способов организации данных;

в) запись алгоритма на выбранном языке программирования;

4. 
   Отладка и тестирование, варьирование параметров.
   

а) синтаксическая отладка;

б) отладка семантики и логической структуры;

в) тестовые расчеты и анализ результатов тестирования;

г) совершенствование программы.

5. 
   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.

жүктеу/скачать 41.42 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: