Bu madde önerilmeyen biçimde kaynaklandırılmıştır. () |
Termal ve istatistiksel fizik felsefesinde, Brownian ratchet ya da Feynman-Smoluchowski ratchet 1912 tarihinde Polonyalı fizikçi Marian Smoluchowski tarafından analiz edilen ve 11 Mayıs 1962 tarihinde, Kaliforniya teknoloji enstitüsünde, Nobel Ödülü kazanmış Amerikan fizikçi Richard Feynman tarafından bilinir hale getirilen görünür devridaim makinedir. Bu basit makine küçük kısa kürekler ve mandallı çark içerir. Maxwell’in cini olarak görülse de, termal denge sistemindeki gelişigüzel dalgalanmadan işten kazanç sağlayabilmek için kullanılır. Termodinamiğin ikinci yasası ihlali, termal denge sistemindeki gelişigüzel dalgalanmayı kapsar. Detaylar Feynman ve diğerleri tarafından analiz edilmiş ve neden bunu yapamadığını göstermişlerdir.
Makine
Makine mandallı çark olarak da bilinen tek yönde serbestçe dönebilen dişli içerir. Fakat, dönüşü ters yöndeki kilit mandalı tarafından önlenmiştir. Dişli, dingille ilk derecede su moleküllerine batırılabilen mandallı çarka bağlıdır. Bu moleküller ısı tarafından belirlenen kinetik enerjiyle oluşan ısı banyosu içerir. Makine, kısa küreği çevirebilen tek molekül çarpışmasındaki impuls kadar küçük olarak düşünülebilir. Bazı çarpışmalar çubuğu döndürmeye yatkın olmasına rağmen, kilit mandalı kısa küreğin tek yönde dönmesine müsaade eder. Bunun gibi bazı çarpışmaların etkileri mandallı çarkın aynı yönde devamlı olarak dönmesi için yeterlidir. Ratchet’in hareketi başka sistemlerde iş yapmak için kullanılabilir. Örneğin, yer çekimine karşı m ağırlıklı yükü kaldırmak. Isı banyosundan gelen enerji ısı meyiline bakılmaksızın, iş yapmak için gereklidir. Bunun gibi makinelerin başarılı şekilde iş yapabilmesi için, makinelerin, ‘Devir yapan herhangi bir makinenin, su deposundan ısı alması ve bir miktar iş yapması imkânsızdır.’ belirten termodinamiğin ikinci yasasını ihlal etmesi gerekir.
Neden başarısız?
Brownian rachet’in ilk izlenimi Brownian hareketinden iş açısından yarar sağlamak olmasına rağmen, Feynman eğer bütün makine aynı dereceye sahipse, mandallı çarkın devamlı olarak aynı yönde dönemeyeceğini fakat gelişigüzel ileri geri hareket edeceğini ve bu hareketten herhangi bir iş yapamayacağını kanıtlar. Bunun nedeni, kilit mandalı kısa kürekle aynı ısıya sahip olduğundan dolayı Brownian hareketine maruz kalarak, yukarı aşağı zıplayacaktır. Mandallı dişli çark, kilit mandalının üzerinden aşağı doğru serbestçe kayabildiğinden dolayı makine aralıklı olarak başarısız olacaktır. Başka bir neden ise, kilit mandalı dişlinin eğimli yüzeyindeyken, kilit mandalını döndürebilen yay dişlinin eğimli yüzeyinde duran ve mandallı çarkla ters yönde dönmeye meyilli olan kilit mandalına tek yönlü kuvvet uygular. Feynman eğer son dereceye sahip mandallı çark ve kilit mandalı ilk dereceye sahip kısa küreğe eşitse, başarısızlık oranı mandallı çarkın ileriye doğru başarısızlık oranına uzun ve yeterli periyotlardan sonra net hareket olmaması için eşit olmalıdır cümlesini kanıtlar. Bu basit kanıt, dişlinin şekline bağlı net hareketin ortaya çıkmadığı, Magnasco tarafından verilir.
Bunun yanı sıra, son sıcaklık ilk sıcaklıktan küçükse, mandallı çark gerçekten ileriye doğru hareket edecektir ve işten yarar sağlayacaktır. Bu örnekte veya düşüncede, enerji iki termal haznenin derece farkından alınır ve dışarı çıkan atık ısı, kilit mandalı tarafından düşük hazneye doğru boşaltılır. Başka bir deyişle, makine fonksiyonları termodinamiğin ikinci yasasına uyan minyatür bir ısı motorudur. Diğer taraftan, eğer ilk sıcaklık son sıcaklıktan büyükse, makine döndüğü yönün aksi yönünde dönmeye başlayacaktır.
Feynman ratchet modeli aynı konsepte sahip Brownian motors’a neden olmuştur. Isısal gürültü yerine kimyasal potansiyelden ve başka mikroskobik dengede olmayan kaynaklardan yararlı iş alabilen çok küçük makineler, termodinamiğin yasalarına uyar. Diyotlar kısa kürek ve kilit mandalının elektriksel analoglarıdır ve aynı nedenden dolayı diyotlar, aynı devredeki Johnson gürültüsünü damıtarak yararlı enerji üretemezler.
Tarihçe
Dişli mandalı ve kısa kürek ilk kez ikinci yasaya uymayan makine olarak Gabriel Lipmann tarafından 1900 yılında tartışıldı. 1912 yılında, Polonyalı fizikçi Marian Smoluchowski makinenin neden geçersiz olduğu hakkındaki ilk doğru ve etkili açıklamayı yaptı; kilit mandalının termal hareketi mandallı çark dişlisine geriye doğru kaymasına izin verir. Feynman 1962 tarihinde, Maxwell-Boltzman dağıtımını kullanarak makinenin ilk etkili analizini yaptı. Maxwell-Boltzman dağıtımı kısa küreğin ilk derecesi, mandallı çarkın son derecesinden büyük olursa, makine ısı motoru olarak görev yapar. Fakat, kısa küreğin ilk derecesi mandallı çarkın son derecesine eşit olursa, kısa kürekte hiç net hareket olmaz. 1996 tarihinde, Juan Parrondo and Pep Espeñol mandallı çarkı olmayan sadece iki adet kısa küreğe sahip olan makinenin üzerindeki çeşitliliği, dingil kısa küreğe ve dişli mandala hazneler arasında ısı üretmek için bağlı olduğunu göstermek için kullanmıştır. Feynman’ın vardığı sonuç doğru olmasına rağmen, Feynman’ın analizi duruğumsu yaklaşımı gerçekten sapan şekilde kullandığı ve verim oranı hakkında yanlış sonuçlanan formüller içerdiği için çürütüldü. 1998 tarihinde Magnasco ve Stolovitzky bu analizi bütünü mandallı çarklı makine olarak düşünmek geliştirdi ve makinenin güç randımanının Feynman tarafından iddia edilen Carnot verim oranından çok daha küçük olduğunu gösterdi. 2000 yılında Derek Abbott, Bruce R. Davis ve Juan Parrondo tarafından yazılan bir kâğıtta, bu problem tekrar analiz edildi ve Parrondo’nun paradoksuyla bağlantı kurulması için çift mandallı çark içerecek şekilde genişletildi.
1950 yılında Léon Brillouin mandallı çark yerine diyot kullanılan elektriksel benzeşim fikrinden söz etti. Fikir diyotları etkileyen termal akım dalgalanmalarının düzeltilmiş olması ve iş yapabilmesi için kendiliğinden sıfıra eşit olmayan sabit voltajı dengelemesi gerekmektedir. Daha detaylı analizlerde diyotların içindeki termal dalgalanmanın damıtılmış akım dalgalanmasındaki voltajı nötrleyen elektromotor kuvvet ürettiği ortaya çıkarıldı. Bu nedenden dolayı, diyotlar sadece etkilenen akım dalgaları diyottan farklı bir dereceye sahip olduğunda sıfıra eşit olmayan voltaj üretebilirler.
Tanecikli Gaz
Twente Üniversitesi ve Yunanistan’daki Patras Üniversitesi’ndeki araştırmalar Feynman-Smoluchowski motoru; termal denge olmadığı zaman, pseudo-Brownian hareketi tanecikli gaz yoluyla işe çevrilir, sayesinde düzenlendi. Tanecikli gaz, sistemin gaz fazında olmasının verdiği enerjiyle titreyen katı parçacıkların bir araya toplanmasıdır. Düzenlenmiş motor vibro dalgalanan tanecikli gaz içinde serbestçe dönmeye izin veren dört adet çark kanatları içerir. Çünkü, mandallı çarkın dişli ve kilit mandal mekanizması, yukarıda da belirtildiği gibi, dingilin yalnızca tek yönde dönmesine izin verir. Rastgele çarpışmalar ve hava kabarcıkları yel değirmeni kanadının hareket etmesine neden olur. Bu Feynman’ın hipoteziyle çelişir gibi gözükmektedir. Fakat, bu sistem mükemmel termal dengede olmadığından dolayı, enerji sabit olarak hava kabarcıklarının sıvı hareketini sürdürebilmesi için sağlanmaktadır. Makinenin üst tarafındaki etkin titreşim molekül gaz yapısına benzemektedir. İdeal gazlardan ayrı olarak, küçük parçacıklar sabit olarak hareket ederken titreşim kesilirse, titreşimin kesilmesi basitçe hava kabarcıklarının düşmesine neden olacaktır. Bu deneyde, gerekli olan dış denge çevresi böylelikle devamlı hale getirilmiştir. İş aniden bitirilmez, mandallı çark efekti sadece kritik titreşim gücü arkasından başlatılabilir. Çok güçlü titreşimler için, yel değirmeni kanadının kısa küreği gazla ısı yayımı oluşturarak etkileşime girer ve dönme hareketini bu sayede sürdürür.
Kaynakça
https://en.wikipedia.org/wiki/Brownian_ratchet 14 Eylül 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Bu madde onerilmeyen bicimde kaynaklandirilmistir Gosterilen kaynaklar kaynak gosterme sablonlari kullanilarak dipnot belirtme bicemine uygun olarak duzenlenmelidir Bu sablonun nasil ve ne zaman kaldirilmasi gerektigini ogrenin Termal ve istatistiksel fizik felsefesinde Brownian ratchet ya da Feynman Smoluchowski ratchet 1912 tarihinde Polonyali fizikci Marian Smoluchowski tarafindan analiz edilen ve 11 Mayis 1962 tarihinde Kaliforniya teknoloji enstitusunde Nobel Odulu kazanmis Amerikan fizikci Richard Feynman tarafindan bilinir hale getirilen gorunur devridaim makinedir Bu basit makine kucuk kisa kurekler ve mandalli cark icerir Maxwell in cini olarak gorulse de termal denge sistemindeki gelisiguzel dalgalanmadan isten kazanc saglayabilmek icin kullanilir Termodinamigin ikinci yasasi ihlali termal denge sistemindeki gelisiguzel dalgalanmayi kapsar Detaylar Feynman ve digerleri tarafindan analiz edilmis ve neden bunu yapamadigini gostermislerdir Schematic figure of a Brownian RatchetMakineMakine mandalli cark olarak da bilinen tek yonde serbestce donebilen disli icerir Fakat donusu ters yondeki kilit mandali tarafindan onlenmistir Disli dingille ilk derecede su molekullerine batirilabilen mandalli carka baglidir Bu molekuller isi tarafindan belirlenen kinetik enerjiyle olusan isi banyosu icerir Makine kisa kuregi cevirebilen tek molekul carpismasindaki impuls kadar kucuk olarak dusunulebilir Bazi carpismalar cubugu dondurmeye yatkin olmasina ragmen kilit mandali kisa kuregin tek yonde donmesine musaade eder Bunun gibi bazi carpismalarin etkileri mandalli carkin ayni yonde devamli olarak donmesi icin yeterlidir Ratchet in hareketi baska sistemlerde is yapmak icin kullanilabilir Ornegin yer cekimine karsi m agirlikli yuku kaldirmak Isi banyosundan gelen enerji isi meyiline bakilmaksizin is yapmak icin gereklidir Bunun gibi makinelerin basarili sekilde is yapabilmesi icin makinelerin Devir yapan herhangi bir makinenin su deposundan isi almasi ve bir miktar is yapmasi imkansizdir belirten termodinamigin ikinci yasasini ihlal etmesi gerekir Neden basarisiz Brownian rachet in ilk izlenimi Brownian hareketinden is acisindan yarar saglamak olmasina ragmen Feynman eger butun makine ayni dereceye sahipse mandalli carkin devamli olarak ayni yonde donemeyecegini fakat gelisiguzel ileri geri hareket edecegini ve bu hareketten herhangi bir is yapamayacagini kanitlar Bunun nedeni kilit mandali kisa kurekle ayni isiya sahip oldugundan dolayi Brownian hareketine maruz kalarak yukari asagi ziplayacaktir Mandalli disli cark kilit mandalinin uzerinden asagi dogru serbestce kayabildiginden dolayi makine aralikli olarak basarisiz olacaktir Baska bir neden ise kilit mandali dislinin egimli yuzeyindeyken kilit mandalini dondurebilen yay dislinin egimli yuzeyinde duran ve mandalli carkla ters yonde donmeye meyilli olan kilit mandalina tek yonlu kuvvet uygular Feynman eger son dereceye sahip mandalli cark ve kilit mandali ilk dereceye sahip kisa kurege esitse basarisizlik orani mandalli carkin ileriye dogru basarisizlik oranina uzun ve yeterli periyotlardan sonra net hareket olmamasi icin esit olmalidir cumlesini kanitlar Bu basit kanit dislinin sekline bagli net hareketin ortaya cikmadigi Magnasco tarafindan verilir Bunun yani sira son sicaklik ilk sicakliktan kucukse mandalli cark gercekten ileriye dogru hareket edecektir ve isten yarar saglayacaktir Bu ornekte veya dusuncede enerji iki termal haznenin derece farkindan alinir ve disari cikan atik isi kilit mandali tarafindan dusuk hazneye dogru bosaltilir Baska bir deyisle makine fonksiyonlari termodinamigin ikinci yasasina uyan minyatur bir isi motorudur Diger taraftan eger ilk sicaklik son sicakliktan buyukse makine dondugu yonun aksi yonunde donmeye baslayacaktir Feynman ratchet modeli ayni konsepte sahip Brownian motors a neden olmustur Isisal gurultu yerine kimyasal potansiyelden ve baska mikroskobik dengede olmayan kaynaklardan yararli is alabilen cok kucuk makineler termodinamigin yasalarina uyar Diyotlar kisa kurek ve kilit mandalinin elektriksel analoglaridir ve ayni nedenden dolayi diyotlar ayni devredeki Johnson gurultusunu damitarak yararli enerji uretemezler TarihceDisli mandali ve kisa kurek ilk kez ikinci yasaya uymayan makine olarak Gabriel Lipmann tarafindan 1900 yilinda tartisildi 1912 yilinda Polonyali fizikci Marian Smoluchowski makinenin neden gecersiz oldugu hakkindaki ilk dogru ve etkili aciklamayi yapti kilit mandalinin termal hareketi mandalli cark dislisine geriye dogru kaymasina izin verir Feynman 1962 tarihinde Maxwell Boltzman dagitimini kullanarak makinenin ilk etkili analizini yapti Maxwell Boltzman dagitimi kisa kuregin ilk derecesi mandalli carkin son derecesinden buyuk olursa makine isi motoru olarak gorev yapar Fakat kisa kuregin ilk derecesi mandalli carkin son derecesine esit olursa kisa kurekte hic net hareket olmaz 1996 tarihinde Juan Parrondo and Pep Espenol mandalli carki olmayan sadece iki adet kisa kurege sahip olan makinenin uzerindeki cesitliligi dingil kisa kurege ve disli mandala hazneler arasinda isi uretmek icin bagli oldugunu gostermek icin kullanmistir Feynman in vardigi sonuc dogru olmasina ragmen Feynman in analizi durugumsu yaklasimi gercekten sapan sekilde kullandigi ve verim orani hakkinda yanlis sonuclanan formuller icerdigi icin curutuldu 1998 tarihinde Magnasco ve Stolovitzky bu analizi butunu mandalli carkli makine olarak dusunmek gelistirdi ve makinenin guc randimaninin Feynman tarafindan iddia edilen Carnot verim oranindan cok daha kucuk oldugunu gosterdi 2000 yilinda Derek Abbott Bruce R Davis ve Juan Parrondo tarafindan yazilan bir kagitta bu problem tekrar analiz edildi ve Parrondo nun paradoksuyla baglanti kurulmasi icin cift mandalli cark icerecek sekilde genisletildi 1950 yilinda Leon Brillouin mandalli cark yerine diyot kullanilan elektriksel benzesim fikrinden soz etti Fikir diyotlari etkileyen termal akim dalgalanmalarinin duzeltilmis olmasi ve is yapabilmesi icin kendiliginden sifira esit olmayan sabit voltaji dengelemesi gerekmektedir Daha detayli analizlerde diyotlarin icindeki termal dalgalanmanin damitilmis akim dalgalanmasindaki voltaji notrleyen elektromotor kuvvet urettigi ortaya cikarildi Bu nedenden dolayi diyotlar sadece etkilenen akim dalgalari diyottan farkli bir dereceye sahip oldugunda sifira esit olmayan voltaj uretebilirler Tanecikli GazTwente Universitesi ve Yunanistan daki Patras Universitesi ndeki arastirmalar Feynman Smoluchowski motoru termal denge olmadigi zaman pseudo Brownian hareketi tanecikli gaz yoluyla ise cevrilir sayesinde duzenlendi Tanecikli gaz sistemin gaz fazinda olmasinin verdigi enerjiyle titreyen kati parcaciklarin bir araya toplanmasidir Duzenlenmis motor vibro dalgalanan tanecikli gaz icinde serbestce donmeye izin veren dort adet cark kanatlari icerir Cunku mandalli carkin disli ve kilit mandal mekanizmasi yukarida da belirtildigi gibi dingilin yalnizca tek yonde donmesine izin verir Rastgele carpismalar ve hava kabarciklari yel degirmeni kanadinin hareket etmesine neden olur Bu Feynman in hipoteziyle celisir gibi gozukmektedir Fakat bu sistem mukemmel termal dengede olmadigindan dolayi enerji sabit olarak hava kabarciklarinin sivi hareketini surdurebilmesi icin saglanmaktadir Makinenin ust tarafindaki etkin titresim molekul gaz yapisina benzemektedir Ideal gazlardan ayri olarak kucuk parcaciklar sabit olarak hareket ederken titresim kesilirse titresimin kesilmesi basitce hava kabarciklarinin dusmesine neden olacaktir Bu deneyde gerekli olan dis denge cevresi boylelikle devamli hale getirilmistir Is aniden bitirilmez mandalli cark efekti sadece kritik titresim gucu arkasindan baslatilabilir Cok guclu titresimler icin yel degirmeni kanadinin kisa kuregi gazla isi yayimi olusturarak etkilesime girer ve donme hareketini bu sayede surdurur Kaynakcahttps en wikipedia org wiki Brownian ratchet 14 Eylul 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arsivlendi