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Titolo: "Sportellino" di Maxwell

Salve
Ricollegandomi al diavoletto di Maxwell, io ho sempre pensato ad
un modello ancora piu' semplice, che negli ultimi 150 anni
forse e' gia' stato proposto da qualcuno a mia insaputa.
Invece del "diavoletto" consapevole, immaginiamo semplicemente
uno sportellino incernierato dall'alto, che si apre facilmente
in caso di urlo violento da parte di una molecola "calda" (cioe'
veloce) ma non in caso di molecola "fredda" (cioe' lenta), e poi
si richiuda quasi immediatamente per gravita' o per una forza
elastica (una molla o qualcos'altro). Ovviamente lo descrivo in
termini classici, poi vedremo le complicazioni a livello microscopico.
A differenza dei potenziali che si accendono e che si spengono,
gia' utilizzati in esperimenti simili, in cui i potenziali stessi
forniscono energia al sistema, qui si ha un sistema puramente
meccanico che non fornisce alcuna energia.
Lo sportellino puo' essere sostituito da un potenziale che,
in termini semplici, puo' essere rappresentato unidimensionalmente
da una salita seguita da una discesa: le particelle piu' veloci
riescono a scollinare e andare dall'altra parte, riacquistando
la loro velocita' iniziale grazie alla discesa, mentre le particelle
piu' lente non riescono a passare, invertono il moto e tornano indietro.
(questo forse puo' essere fatto con una specie di membrana chimica
elastica e semi-impermeabile?? O altrimenti, proprio con un
micro-sportellino)
Ebbene, questo sistema divide le particelle calde
da quelle fredde, e quindi crea una differenza di temperatura
senza interventi dall'esterno, in barba al II principio.
Ora bisogna vedere le difficolta' che si trovano nella realta':
quali sono?
Anzitutto il tempo di reazione dello sportellino: ma non mi sembra
una obiezione valida, si puo' rendere piccolo a piacere, e poi
anche se qualche molecola lenta riesce a passare perche' si trova
nel momento giusto (cioe' quando lo sportellino e' stato aperto
da una molecola veloce), poco importa.
Inoltre la pressione che si forma gradualmente nella semi-camera
delle molecole "calde" tende sempre piu' a "chiudere" lo sportellino
dalla sua parte, evitando fughe di particelle calde verso la
semi-camera fredda, percio' ad un certo punto il processo finira',
ma non potra' mai invertirsi.
Che altro?
Il fatto che lo sportellino sia esso stesso sottoposto a fluttuazioni
termiche mi sembra che sia gia' "incorporato" nell'esperimento stesso.
E allora quale l'inghippo in questo "sportellino di Maxwell"?
(O, se preferite non infangare il nome di Maxwell in un esperimento
concettuale che considerate troppo sciocco, chiamatelo pure
"sportellino di Coppola" :-)
Grazie per ogni possibile suggerimento, chiarimento, ecc.
Fabrizio
-- 
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Un'ipotesi affascinante sull'universo, sulla vita e sulla mente dell'uomo
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Grazie per l'attenzione

Il modello di partenza è quindi una scatola con una parete divisoria, in cui
si agitano delle palline con velocità diverse, distribuite casualmente nelle
due metà. L'intervento antientropico consisterebbe in un meccanismo con
effetto a senso unico, di cui dotare la parete o una parte di essa,  per cui
quando una pallina veloce la urta, ha maggiori probabilità di passare di là.
Dopo un certo tempo avremo dall'altra parte più palline veloci.
E' questo?
Siamo però sicuri che questo  modello rappresenti la realtà di un
contenitore di gas diviso in due?
Che cos'è il calore?
Scusa se pongo il problema più a monte: è che sono abitutato a non dare
nulla per scontato.
Tu mi dirai probabilmente che ilcalore è l'agitazione (per questo termica)
delle palline (le molecole).
Infatti esiste un modello cinematico del calore.
Però esiste anceh un modello radiativo: il calore si propaga anche nel
vuoto,e qui non ci sono urti tra palline.
.
Allora, ripeto la domanda: che cos'è il calore?
E' una carambola o sono fotoni?
Si può concepire che sia entrambe le cose? che senso ha?
Ti dico cosa ne penso io, poi mi dirai cosa ne pensi tu ed insieme vedremo
come aiutare il diavoletto.
Per me il calore sono esclusivametne fotoni di calore, così come la luce
sono fotoni di luce.
L'agitazione termica è ciò che succede quando i fotoni di calore sono dentro
la materia (come sai secondo me fanno i salti cicloidali, ma questo lo
possiamo mettere tra parentesi) e la attraversano, piano piano.
Dire che il calore si trasmette attraverso gli urti tra le molecole in
agitazione a questo punto è una banalità: è come dire che la peste si
trasmette attraverso la rovina economica degli appestati.
Tra due corpi a contatto, aventi in origine diversa temperatura, si
ristabilisce dopo un certo tempo l'equilibrio termico perchè  molti fotoni
di uno dei due originiaramente in abbondanza, si trasferiscono all'altro
corpo, passando attraverso l'interfaccia: fino al raggiungimento del detto
equilibrio. Naturalmente, facendolo, mobiliteranno le molecole anche
nell'altro corpo.
Tra l'altro basta fare due calocli in base all'ordine di grandezza delle
oscillazioni delle molecole (1A°)e di quello della distanza che
realisticamente mediamente separa le due superfici che diciamo "a contatto"
(centinaia e migliaia di A°) per escludere la carambola come modello della
trasmissione dell'agitazione.
Quello che propone Maxwell per raggiungere stabilmente una situazione di
diversa temperatura tra le due metà, è semplicemente impossibile:
trasferendo palline veloci si lavora sugli effetti e non sulle cause: appena
una pallina veloce passa di là, rallenta perchè dall'altra parte ci sono
meno fotoni a mettere agitazione.
E' come dare dei soldi al lebbroso sperando così di bloccare il contagio.
Bisogna caso mai intervenirte sui fotoni, disponendo una barriera di
potenziale che impedisca loro di passare da una parte all'altra, continuando
così quelli di ciascuna delle due arati a mettere in agitaizione le proprie
palline
E' quello che ha fatto anni fa, ma senza neanche lui sapere come, un
barbiere (pensate un po'), che per caso ha scoperto un materiale plastico
che anche in strati sottili impediva ad un lanciafiamme di far diventare
sodo un uovo:
Era su tutti i giornali, per un giorno o due, poi (naturalmente) non  se ne
è più sentito parlare.
La succulenta cosa secondo me se la sono cuccata i militari, che se ne
fottono delle teorie, e a cui basta vincere la guerra.
Ciao.
Luciano Buggio
www.scuoladifisica.it
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elastica (una molla o qualcos'altro).
Non funziona. Per funzionare dovrebbe essere a
semiconduttore: dovrebbe far passare le molecole veloci solo
in un senso e quelle lente solo nell'altro.
Sembra funzionare se parti da una configurazione iniziale in
cui tutte le molecole sono da una parte, mentre dall'altra
c'e` il vuoto. Effettivamente passano dall'altra parte solo
le molecole calde e quindi si forma una differenza di
temperatura. Purtroppo, pero`, da un punto di vista
termodinamico si forma a spese della differenza iniziale di
pressione. Se ci aggiungi un meccanismo che trae energia
dalla differenza di temperatura, rallentando le molecole
veloci e accelerando quelle lente, la temperatura si uniforma
e lo sportellino, non essendo "a semiconduttore", non serve
piu' a nulla.
Ciao
Paolo Russo

Giovanni -Darth Vader- Neiman
IHM Dudi n.548 - Moderatore di IAFM
available on FidoNet, ICQ, Messenger

 [snip]
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 elastica (una molla o qualcos'altro
Metti una pentola con un po' d'acqua sul fuoco e coprila col coperchio...
dopo che l'acqua bolle, spegni il fuoco ed otterrai un sistema composto di
molecole di vapore che fuoriescono dal coperchio e per il resto dall'acqua
rimasta.... E' questo sufficiente per dire che abbiamo violato il II
principio della termodinamica? Boh... qualcosa mi dice di no.

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Ciao,
Luciano Buggio
www.scuoladifisica.it

 rimando a quel newsgroup.
(...)
A parte questo rinvio, non ho trovato nella tua lettera alcun riferimento
alla mia tesi sulla "natura del calore"  per la soluzione del dualismo
"carambola-fotoni".
Forse non hai capito (o mi sono spiegato male): io sostengo che si possa
spiegare tutta la termodinamica facendo ricorso solo all'ipotesi radiativa.
Allo scopo di sollecitare una tua presa di posizione ti rivolgo la seguente
domanda:
"Tu ritieni che il calore tra due corpi a contatto si trasmetta per gli urti
delle molecole?"
Grazie.
Luciano
www.sculadifisica.it

 ...
Primo: la barriera di potenziale puo' essere attraversata in entrambi i
sensi.
Secondo: le molecole "calde" che sono passate si porteranno
all'equilibrio, ossia a una distribuzione di Maxwell relativa alla
temper. definita dalla loro en. cin. media. 
Terzo: allora si avra' un flusso prevalente in senso opposto, che
inverte il processo.
In conclusione, avrai equilibrio solo quando dalle due parti della
barriera c'e' lo stesso numero di molecole, con la stessa distribuzione
di velocita'.
L'ho detto molto di corsa, e forse non e' tutto chiaro. Ma non c'e'
speranza di "fregare" il secondo principio per questa via...
-- 
Elio Fabri
Dip. di Fisica "Enrico Fermi" - Univ. di Pisa
Sez. Astronomia e Astrofisica
------------------------------------

 
Una versione piu` divulgativa (ma non troppo) della stessa questione
si trova anche sul bel libro di Feynman: La legge fisica, pubblicato
in Italia dalla Bollati-Boringhieri.
Ciao, Valter
PS. Elio mi devi ancora dire cosa forse non capivi di quella questione 
sull'operatore autoaggiunto, mi e` rimasta la curiosita`...

Che cos'è il calore?
E' senz'altro continuo scambio di "fotoni" (perturbazioni
elettromagnetiche di opportuna lunghezza d'onda) tra molecole.
Ovviamente questo scambio di perturbazioni elettromagnetiche
(che poi non sono altro che perturbazioni della struttura dell'etere)
dara' origine anche ad agitazione delle molecole a partire
dapprima dai salti quantici degli elettroni delle medesime.
E' bene tenere sempre in evidenza le differenze che esistono tra
corpi liquidi, gassosi, solidi e plasma.
L'etere (la quint'essenza), con la sua struttura, gioca in ogni
caso un ruolo fondamentale.
A livello macroscopico si parla di calore che si propaga per
conduzione, irraggiamento e convenzione.
In realta' il calore si propaga esclusivamente per irraggiamento.
Anche nel caso della conduzione, abbiamo in realta' irraggiamento.
Nel caso della propagazione del calore per convenzione, oltre
all'irraggiamento, avremo anche la migrazione di materia piu' calda
rispetto ad altra piu' fredda.
Ho voluto intervenire nella discussione, se mi e' consentito, perche'
penso di poter essere utile al fine di capire meglio (tutti insieme) come
stanno alcune cose con la materia, con l'etere, e con le loro
reciproche interazioni.
Avrete notato che il sottoscritto usa l'antico termine di "etere", spero
che a voi non dia fastidio.
Vi ricordo che il metodo galileiano ha dei limiti e che per capire bene
l'aritmetica e' necessario prima conoscere le proprieta' dei numeri e
la tavola pitagorica.
Ci sono molte piu' probabilita' di accordarsi su una piccola cosa,
come puo' essere il 4° Principio della dinamica, al fine di poter poi
lavorare tutti insieme in buona armonia, rispetto a trovare intesa su
una intera teoria, la quale, per quanto possa essere bene organizzata,
illuminante e quant'altro, e' sempre qualcosa di piuttosto complesso
ed articolato, e puo' quindi presentare imprevedibilmente delle "falle"
da qualche parte.  "Imperfezioni" di cui l'autore, con tutta la piu' buona
volonta' di questo mondo, puo' non essersi accorto.
Saluti,
Emidio Molinari - Centro Studi Fisica Riviera dei Fiori
"C'e' un solo bene: ...la conoscenza, e un solo male: ...la presunzione
di sapere"  (Socrate)

(i fumetti non mi bastano:-).
Scusa, ma non colgo. Forse leggi anche IAFM? (sai, sono impelagato su
molti fronti su Usenet e Fidonet, e spesso mi scordo, ma non e' una
cosa personale :) ).
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 Emidio Molinari - Centro Studi Fisica Riviera dei Fiori
-- 
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 [193.70.192.52] 
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 diodo a giunzione. Forse il capitolo piu' bello di quel libro.
Ho trovato un articolo di Parrondo, il fisico che ha dato
il nome al noto paradosso statistico, secondo cui l'analisi
di Feynman non e' corretta:
"Criticism of Feynman's analysis of the ratchet as an engine"
http://seneca.fis.ucm.es/parr/FEYNMAN/nice.html
Ho dato solo un'occhiata e non ho capito se
si tratta di obiezioni minori, oppure se sostanziali
fino a riproporre la possibilita' di piccole violazioni
del II principio (non credo, ma lo spero :-)
A proposito di possibili violazioni del II principio,
mi hanno segnalato un "motore di Szilard modificato" che
da un punto di vista teorico potrebbe appunto
violare il II principio:
http://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/6250/slac-pub-6482.pdf
In questo caso non capisco bene la questione, poiche'
l'Entropia viene trattati in termini di teoria dell'informazione,
cosa che io non conosco bene (mentre potrei capire molto piu'
facilmente le "classiche" trattazioni dell'entropia o in termini
termodinamici, o in termini statistici secondo la splendida
spiegazione meccanica di Maxwell e Boltzmann).
Per una spiegazione (piuttosto sommaria) di come il paradosso
di Parrondo sia connesso a questi problemi sull'entropia, segnalo:
http://www.eleceng.adelaide.edu.au/Personal/gpharmer/games/
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Giovanni -Darth Vader- Neiman
IHM Dudi n.548 - Moderatore di IAFM
available on FidoNet, ICQ, Messenger
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  Ciao,
la risposta di Elio Fabri è corretta. Lo sportellino grazie agli urti
comincia a muoversi di moto browniano lasciando passare particelle
indiscriminatamente da una parte all'altra.
  Un articolo molto divulgativo che include l'esempio da te descritto dello
sportellino e altri ancora e che spiega anche il ruolo dell'informazione
nella questione si trova nel quaderno de "Le scienze" n.85 del Settembre
1995 intitolato "La Termodinamica", in particolare l'articolo suddetto è di
C.H.Bennett. Qui trovi anche il già citato motore di Szilard (ad una
particella), una versione di questo data da Bennett e le obiezioni al suo
funzionamento (che al giorno d'oggi si basano essenzialmente sulla teoria
dell'informazione).
  Credo che faresti bene a leggerlo, a me sembrò molto interessante (e
tuttora lo rileggo ogni tanto) e poi non si fa filosofia sulla natura del
calore (cosa stabilita più di un secolo fa, credo) che in questi casi non è
mai male.
 Ciao,
Antonello.

indiscriminatamente da una parte all'altra.
Giustissimo. La mia risposta si riferiva invece al caso dello
sportellino *costituito* da una barriera di potenziale, che
ovviamente non si mette a vibrare di moto browniano ma e`
inevitabilmente bidirezionale.
Diavoletti diversi, difetti diversi, stesso risultato. :(
Ciao
Paolo Russo