ДЕМОН МАКСВЕЛЛА И ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕАЛИЗАЦИИ S kln

ДЕМОН МАКСВЕЛЛА И ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕАЛИЗАЦИИ S =kln S 0 Энтропия адиабатически изолированной термодинамической системы не убывает: S 0

Идея эксперимента Высота ступеньки лестницы k. T. Шарик прыгает по ступенькам случайным образом. Когда шарик прыгает вверх, умный «демон Максвелла» ставит барьер, не позволяющий шарику скатиться обратно. При этом «демон» сам не подталкивает шарик. Энергия берется из окружающей среды под влиянием информации, получаемой при измерении положения частицы – то есть, информация превращается в энергию. В основе неравномерного распределения энергии – управление с обратной связью

. Shoichi Toyabe, Takahiro Sagawa, Masahito Ueda, Eiro Muneyuki& Masaki Sano (Japan). Experimental demonstration of information-to-energy conversion and validation of the generalized Jarzynski equality. Nature Physics. Volume: 6, (2010) P. 988– 992 а) Схема экспериментального устройства. b) Потенциальная энергия вращения частицы во внешнем электрическом поле. c) Управление с обратной связью: При повороте частицы в «невыгодную» сторону поле переключалось (правый столбец), в противном случае ничего не менялось (левый столбец)

Траектория углового движения частицы под управлением «демона» . На вставке показан увеличенный фрагмент траектории. Красные треугольники обозначают моменты переключения поля

ОБЩИЙ ПРИНЦИП ТЕПЛОВОГО НАСОСА – ДЕМОНА МАКСВЕЛЛА ( «ДВИГАТЕЛЯ СЦИЛАРДА» ): Макроскопическая система (компьютер) управляет событиями в микроскопической системе (в реальности – ротор и поле, а условно – комната с молекулами и перегородкой) за счёт получения информации о ней. Энергия в микроскопической системе растёт (и может производить полезную работу), но не вполне бесплатно, поскольку «демон» потребляет энергию на получение информации и управляющие действия

НАНОТЕХНОЛОГИИ. ТЕПЛОВОЙ ДИОД C. W. Chang, D. Okawa, A. Majumdar and A. Zettl (Berkeley, USA) Solid-State Thermal Rectifier. Science 17 2006: Vol. 314 no. 5802 pp. 1121 -1124 Нанотрубки: из-за огромного соотношения между длиной и диаметром их практически можно считать одномерными объектами для тепловых потоков Использовались нанотрубки двух видов —— из углерода и из нитрида бора, диаметром 10 и 40 нанометров. Нанотрубки покрывались неравномерным слоем специально подобранного аморфного материала (C 9 H 16 Pt)

Нанотрубка закреплялась между электродами на основе кремния и платины — они служили попеременно то нагревательным элементом (на одном конце трубки), то термодатчиком (на другом). При передаче тепла вдоль нанотрубки в одном направлении, а потом ─ в противоположном направлении, каждый раз измерялась теплопроводность трубки. Было установлено, что при передаче тепла от конца с большой массой к более лёгкому краю этого устройства его теплопроводность на 7% больше теплопроводности, чем при передаче энергии в обратном направлении.