2 закон термодинамики - мысленный эксперимент

Я разработал этот простой мысленный эксперимент, который, кажется, противоречит второму закону термодинамики. Не могли бы вы найти ошибку в моих рассуждениях?

Fixed box with reflective (white) walls 
________   ___________
|        |           |
|        |           |
|        |           |
|_______ | __________|                    
         ^
         This part is free to move horizontally and is black on the left and white on the right side

В правой половине коробки у нас нет фотонов, так как коробка полностью белая внутри, а движущаяся часть белая с правой стороны. Однако левая часть заполнена отражающимися фотонами, поскольку они излучаются левой стороной подвижной стены, которая имеет черный цвет.

По моим рассуждениям подвижная часть должна двигаться вправо из-за радиационного давления. Фотоны будут терять энергию из-за эффекта Доплера.

Поскольку каждая часть устройства имеет одинаковую температуру, движение стенки внутри противоречило бы второму правилу термодинамики.

Все устройство находится в вакуумном боксе, который, в свою очередь, ставится на стол в лаборатории.

Я думаю, вы неправильно поняли идею «черного тела». Идеальное черное тело (которое лучше всего аппроксимируется черными объектами) излучает фотоны со спектром черного тела. Однако это не означает, что белые, красные или синие объекты вообще не излучают фотонов! Белые объекты выше абсолютного нуля действительно излучают фотоны, просто с другим, возможно, более сложным спектром. Если белый объект и черный объект находятся в тепловом равновесии, они также будут излучать одинаковую среднюю мощность в фотонах.
@Brionius Поэтому, почему закон Стефана-Больцмана гласит, что тела с коэффициентом излучения, равным 0, не излучают никакой энергии?
Это запрещено третьим законом. :-)
@user1354439 user1354439 Я должен был сказать «излучать или отражать одну и ту же среднюю мощность»

Ответы (1)

Также есть газ фотонов с правой стороны.

Он был заперт там, когда вы собирали свою коробку, и, поскольку вы предполагаете совершенно нулевую излучательную способность, эти фотоны должны идеально отражаться от всех поверхностей. Это означает, что они смещаются в синий цвет, если стена движется вправо, и в красный цвет, если стена движется влево.

Результат:

  • Если вы собрали аппарат при температуре испытаний, то он был и остается в равновесии без движения.

  • Если вы собрали его при другой температуре, то ваш эксперимент эквивалентен нагреву или охлаждению одной стороны, в то время как другая адиабатическая. Этот случай включает в себя все попытки исключить фотонный газ из правой части.

    Происходит именно то, что вы ожидаете: когда фотонный газ слева нагревается (охлаждается), стена движется вправо (влево), заставляя газ справа нагреваться (охлаждаться) до тех пор, пока не восстановится равновесие.

Термодинамика для победы.

Чтобы вычислить положение равновесия для стены, вам понадобится несколько различных уравнений состояния: (а) для газа справа от фиксированного числа всегда отраженных фотонов и (б) для газа слева от фотонов в тепловом контакте с черным телом (стеной), количество которых будет варьироваться, и один для стены (ну, по крайней мере, вам понадобится теплоемкость).

В этом есть смысл. Позор мне, я не думал об этом :) Спасибо за это ясное и исчерпывающее объяснение
@user1354439 user1354439 Я не уверен, что это совершенно очевидно. Мне пришлось немного подумать, прежде чем я понял, что должен существовать захваченный газ фотонов, потому что при более обычных коэффициентах излучения исходные фотоны быстро поглощались бы.
2 закон термодинамики - мысленный эксперимент
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v