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布朗棘輪

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布朗棘輪的示意圖

布朗棘輪(Brownian ratchet),又稱費曼棘輪,由波蘭物理學家瑪麗安·斯莫盧霍斯基英語Marian Smoluchowski於1912年提出的永動機構想[1],因物理學家理查德·費曼於1962年的講座中傳播開來[2]

如圖,一個浸在水中的槳輪上連接一個微小的棘輪。因棘輪只能單方向轉動,由於分子的布朗運動,當分子隨機與槳輪碰撞時,槳輪只能往一個方向轉,而且可用來作功,例如舉起一個小砝碼。 這樣一來只要使用簡單的棘輪,像是用掣子(pawl)咬住齒輪,就可以讓槳輪永遠轉動下去。

但費曼自己證明了他的布朗棘輪必須要有一個微小的掣子,能隨分子的碰撞而動。當棘輪和掣子的溫度與水相同時,這個微小的掣子三不五時就會失效,而無法產生淨移動。當溫度低於水溫時,槳輪就有可能只往一個方向轉動,此時耗的能來自於溫度梯度,並未違反熱力學第二定律

參考資料[編輯]

  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頁面存檔備份,存於互聯網檔案館
  2. ^ Feynman, Richard P. The Feynman Lectures on Physics, Vol. 1. Massachusetts, USA: Addison-Wesley. 1963. Chapter 46. ISBN 978-0-201-02116-5.  已忽略未知參數|url-access= (幫助)