《未解之谜真实麦克斯韦妖》
本文是未解之谜和麦克斯方面硕士学位毕业论文范文与未解之谜真实麦克斯韦妖方面函授毕业论文范文.
1871年,英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦提出了一种看起来违反热力学第二定律（系统自发熵增）的妖怪——麦克斯韦妖.麦克斯韦妖可以把气体分子按照速度分到两个不同的房间,速度快的一间,慢的一间.这样一来,速度快的分子所在的那个房间的温度高,另外一个房间的温度低,而利用温差,就可以驱动热机做功,这就是一种理想中的永动机了.
麦克斯韦妖可以成为永动机
后来,有许多物理学家证明麦克斯韦妖并没有违反热力学第二定律（熵增原理：孤立系统的熵永不自动减少,熵在可逆过程中不变,在不可逆过程中增加）.
今天,我们就来介绍一种不需要输入能量,就可以把注入的气体分成一股热的气流和一股冷的气流的神奇机械.它并不需要插电,也没有可以移动的部分,因为本质上来说它就是一根管子.
涡流管——高压空气从注入,热气从左边溢出,冷气从右边溢出
这根管子被不少物理学家叫做麦克斯韦妖管,也叫涡流管.
这个涡流管看起来平平无奇,毫无妖孽之处.但是用起来之后,男人沉默,女人流泪,学生头秃,老师心碎.90年来,许许多多的物理学家试图解释它的原理,但还没有谁彻底把它的本质说清楚了.
市售涡流管
我们先来看看明尼苏达大学化学系教授Chris Cramer对市售涡流管的测试.在涡流管中部通入压缩气体之后,长的一端喷出了热气,温度最高时28摄氏度,短的另一端喷出了冷气,温度最低时1摄氏度.
你可能想知道气体在涡流管内部做了什么.
原来,当输入的高压空气沿着长的管子向前流动时开始分层,更热的空气向外圈流动,而冷的空气在内圈流动.
因为热气管的末端有物体阻塞,这里只有热气喷出.而中心的冷空气则向相反方向回弹,从另一端喷出.输入压强越大,热风和冷风的温差也越大.
出口温度曲线,涡流管左右的温差逐渐拉大
为了搞清楚气流在涡流管内的运动,墨西哥的物理学家Porta Did等人用塑料和酒瓶塞子做了一个涡流管.
他们的设计和涡流管最初的设计一致,用5.72 个大气压、17摄氏度的气体做实验,发现两个管子喷出的气体温差有15摄氏度.
然后他们在气体里混入了婴儿爽身粉,真相出现了——气体在涡流管内部形成了双螺旋.
除了这种双管双孔设计,还有单孔设计,一样能用.其实这就是一端被堵上的管子.有条件的同学可以在家试一试,测测喷出的气体是不是外层热、内层冷.
这根妖孽管子有90年的历史了.
1931年,法国物理学家Georges J. Ranque注意到涡流式分离器的比较凉,而外部比较热.
Ranque写了一篇论文,阐述了一下他对这个现象背后原理的猜测,然后就没有然后了,因为那时的物理学家们不相信这种违反常识的现象.祸不单行,Ranque用涡流管开的公司也倒闭了.
涡流管原理
1947年,他的稿子到了德国物理学家Rudolf Hilsch手中,Hilsch研究后发了一篇超高引的文章,所以涡流管有时也被叫做Hilsch涡流管,没Ranque啥事儿了.
虽然涡流管的设计看起来非常简单粗暴,但是它的原理直到现在还没有被搞清楚.
一种简单的解释是,管子内部存在压力梯度,外圈是高压气体,中心是低压气体,由于气体压缩后温度变高的原理,两个位置的温度不同.
另外一种解释是,中心气体的角速度比外圈的要高,两者旋转摩擦,中心的动能通过摩擦传递给了外圈.
气体在涡流管内部形成了双螺旋
这些解释都能解释一部分现象,但不符合所有的现实.
比如,1988年,威斯康星大学密尔沃基分校的物理学家R.T.Balmer尝试把103兆帕的水喷入普通涡流管,发现水流也会分成冷热两股.
要知道液体和气体不一样,是不可压缩的,所以涡流管对液体起效,这就证明压强梯度假说的错误了.
而且更奇怪的是,高压液体注入后,可以喷出两股暖流,而且一股比另一股更热.
单孔设计的涡流管,左边注入压缩空气后,右边出冷气,外周出热气
用常理来思考这根管子真的会造成精神障碍：把水注入一个管道,出来两支热流,一支还比另一支更热.虽然这不可能是永动机（因为机械能被转化为了热能）,但是这现象也太令人含泪了.
但是,搞不明白原理并不妨碍拿来主义,几十万年来人类不都是这样凑合过来的嘛.
現在,涡流管一般用于有压缩空气的场合,比如给食品厂的烘焙食品,还有切割机降温.计算机数控机床也常用涡流管降温,因为涡流管不需要氟利昂等制冷剂,零件也不复杂.商用涡流管可以把温度降低71摄氏度.
涡流管给食品降温
你可能想问,既然这种装置能够制造冷气,为什么现在的家用制冷设备还是冰箱空调呢?
这主要是因为涡流管的热效不高,最大也只有30%左右,而且压缩空气流过时噪声比较大,制造压缩空气的设备也很吵.
但是,还是有脑洞大的商家造了涡流管空调降温服出来,夏天用凉风管冬天用热风管,据称能恒温10～20摄氏度.
有百八来块钱,为什么要买原理已经被研究透的电风扇,买麦克斯韦妖孽马甲不好吗?
（本文经授权转载自“把科学带回家”微信公众号,有删节）
本文评论:此文是一篇关于对不知道怎么写未解之谜真实麦克斯韦妖论文范文课题研究的大学硕士、未解之谜和麦克斯本科毕业论文未解之谜和麦克斯论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料.
未解之谜和麦克斯引用文献:
[1] 未解之谜和麦克斯论文范文素材 未解之谜和麦克斯方面本科论文怎么写3000字
[2] 麦克斯韦和可视化论文范文文献 关于麦克斯韦和可视化专科毕业论文范文2万字
[3] 奥克斯和家用电器论文怎么撰写 关于奥克斯和家用电器方面大学毕业论文范文10000字
