Con quỷ Maxwell là một thí nghiệm tưởng tượng của nhà vật lý người Scotland, James Clerk Maxwell, thực hiện vào năm 1867, để tìm hiểu về định luật hai của nhiệt động lực học. Theo định luật này, khi hai vật thể có cùng nhiệt độ được cho tiếp xúc với nhau, và được cô lập khỏi môi trường, chúng không thể biến đổi trạng thái để một vật có nhiệt độ cao hơn vật kia. Lý do là với các hệ cô lập thì entropy không bao giờ giảm, trong khi trạng thái hai vật thể có nhiệt độ bằng nhau đã có entropy cực đại. Thí nghiệm tưởng tượng của Maxwell muốn tạo ra một màng ngăn cách hai vật thể, gọi là con quỷ Maxwell, thúc đẩy trao đổi nhiệt một chiều khiến một vật có nhiệt độ cao hơn vật kia.
Mô tả thí nghiệm
Quỷ Maxwell
Maxwell mô tả thí nghiệm của ông:
:... nếu chúng ta tưởng tượng một nhân vật có thể theo dõi đường đi của từng phân tử, trong chiếc hộp có số lượng hữu hạn các phân tử, nhân vật này có thể làm được những thứ mà chúng ta không ngờ. Chúng ta đã biết trong hộp khí có cùng nhiệt độ, các phân tử chuyển động với vận tốc khác nhau, dù cho vận tốc trung bình của số lượng lớn phân tử được chọn ngẫu nhiên là đồng đều. Tường tượng rằng hộp này được chia làm hai ngăn, A và B, có một vách ngăn đục lỗ, được quản lý bởi nhân vật đặc biệt, nhìn rõ từng chuyện động của từng phân tử, và mở hay đóng lỗ, sao cho chỉ có phân tử chuyện động nhanh được đi từ A sang B, và phân tử chuyển động chậm từ B sang A. Nhân vật này, không cần thực hiện công cơ học vào hệ, đã làm nhiệt độ của B tăng và A giảm, mâu thuẫn với định luật hai nhiệt động lực học.
Nhân vật canh giữ lỗ trên vách ngăn giữa A và B sau này được gọi là con quỷ Maxwell.
Đánh giá
Thí nghiệm của Maxwell đã đặt ra câu hỏi cho các nhà vật lý.
:Liệu con quỷ Maxwell có vi phạm định luật hai nhiệt động lực học?
Nhiều nhà vật lý đã thực hiện tính toán và nhận thấy định luật hai nhiệt động lực học không bị vi phạm, nếu tính cả trạng thái của con quỷ Maxwell vào hệ. Con quỷ sẽ cần phải thực hiện công để phân tách các phân tử, nhiều hơn là công mà nó có thể thu lại từ chênh lệch nhiệt độ hai bên hộp.
Ví dụ như năm 1929, Leó Szilárd và Léon Brillouin chỉ ra rằng con quỷ Maxwell cần phải đo được tốc độ của các phân tử, và động tác thu thập thông tin này cần tiêu tốn năng lượng. Ví dụ như nếu con quỷ kiểm tra vận tốc của các phân tử bằng cách gửi các photon tới các phân tử và nhận về photon phản xạ, nó cần có năng lượng để phát ra các photon. Việc tiêu tốn năng lượng của con quỷ làm tăng entropy của chính nó, ví dụ như entropy của hệ photon do quỷ phóng ra trong lúc đo đạc, và sự tăng này lớn hơn sự giảm entropy trong hộp khí, khiến entropy tổng cộng của cả hệ có tương tác lẫn nhau là tăng.
Năm 1960, Rolf Landauer nhận ra rằng một số phép đo không làm tăng entropy nhiệt động lực học nếu nó là quá trình nhiệt động lực học thuận nghịch. Do mối liên hệ giữa entropy nhiệt động lực học và entropy thông tin, điều này đồng nghĩa với việc các kết quả thông tin trong đo đạc sẽ không bị xoá. Nghĩa là con quỷ Maxwell cần lưu giữ thông tin đo đạc lại.
Tuy vậy, năm 1982, Charles H. Bennett, chỉ ra rằng, dù con quỷ Maxwell có chuẩn bị trước, nó sẽ dần tiêu thụ hết bộ nhớ của nó và để tiếp tục việc đo đạc, nó sẽ phải xoá bớt dần thông tin cũ trong bộ nhớ để ghi thông tin mới. Việc xoá thông tin là quá trình nhiệt động lực học không thuận nghịch và làm tăng entropy [http://www.ulearntoday.com/magazine/physics_article1.jsp?FILE=maxwelldemon].
Ứng dụng
Các phiên bản của con quỷ Maxwell trong thực tế đã xuất hiện trong tự nhiên cũng như đã được chế tạo, và chúng đều tiêu tốn năng lượng khiến entropy tổng cộng luôn tăng.
Trong tự nhiên, các kênh ion hay các màng tế bào hoạt động có tính lọc lựa một chiều rất giống quỷ Maxwell. Bộ não và hệ thần kinh của động vật hoạt động với các van một chiều này.
Trong vật lý hạt, các bẫy đơn nguyên tử cũng là các con quỷ Maxwell, điều khiển trạng thái lượng tử của từng hạt. Công nghệ nano cũng được phát triển để tạo ra các màng hay van một chiều ở cỡ phân tử, phỏng theo hoạt động sinh hoá của tế bào sống.
Trên tầm vĩ mô hơn, các hệ thống ống cuộn Ranque-Hilsch cũng giúp tách khí nóng khỏi khí lạnh. Nó tách các phân tử dựa trên định luật bảo toàn động lượng, các phân tử chuyển động nhanh bị văng ra thành ngoài ống, còn các phân tử chuyển động chậm nằm ở gần tâm xoáy cuộn hơn. Các phần khí có nhiệt độ khác nhau được cho thoát ra các đầu khác nhau. Dù dụng cụ này cho phép tạo ra chênh lệch nhiệt độ, cần có năng lượng để làm các dòng khí chuyển động.
👁️
1 | 🔗 | 💖 | ✨ | 🌍 | ⌚
**Con quỷ Maxwell** là một thí nghiệm tưởng tượng của nhà vật lý người Scotland, James Clerk Maxwell, thực hiện vào năm 1867, để tìm hiểu về định luật hai của nhiệt động lực học.
**James Clerk Maxwell** (13 tháng 6 năm 1831 – 5 tháng 11 năm 1879) là một nhà toán học, một nhà vật lý học người Scotland. Thành tựu nổi bật nhất của ông đó là thiết
**John Calvin Maxwell** (sinh ngày 20 tháng 2 năm 1947) là một diễn giả và mục sư người Mỹ, tác giả của nhiều đầu sách về chủ đề lãnh đạo - bao gồm _21 Quy
**Marina Ama Omowale Maxwell**, còn được gọi là **Marina Maxwell** và **Marina Maxwell Omowale**, là một nhà viết kịch, biểu diễn và nhà thơ Trinidadian. Liên kết với Phong trào Nghệ sĩ Caribbean ở London
phải|nhỏ|James Clerk Maxwell Các **phương trình Maxwell** bao gồm bốn phương trình, đề ra bởi James Clerk Maxwell, dùng để mô tả trường điện từ cũng như những tương tác của chúng đối với vật
Đại tướng **Maxwell Davenport Taylor** (sinh ngày 26 tháng 8 năm 1901, mất ngày 19 tháng 4 năm 1987) là một quân nhân và nhà ngoại giao Hoa Kỳ những năm giữa thế kỷ 20.
"**Maxwell's Silver Hammer**" là ca khúc của ban nhạc rock người Anh The Beatles, nằm trong album _Abbey Road_ (1969). Ca khúc được sáng tác bởi Paul McCartney và được ghi cho Lennon–McCartney. Nội dung
**_Good Omens_** là một miniseries dựa trên cuốn tiểu thuyết cùng tên năm 1990 của Terry Pratchett và Neil Gaiman. Là sản phẩm hợp tác giữa Amazon Studios và BBC Studios, sê-ri gồm sáu tập
**Entropy thông tin** là một khái niệm mở rộng của entropy trong nhiệt động lực học và cơ học thống kê sang cho lý thuyết thông tin. Entropy thông tin mô tả mức độ hỗn
thumb|right|Ví dụ [[Con mèo của Schrödinger nổi tiếng (1935): Trạng thái sống hay chết của con mèo phụ thuộc vào một yếu tố ngẫu nhiên. Nó minh họa cho vấn đề của luận giải Copenhagen
**Siêu nhân** là một siêu anh hùng xuất hiện trong các truyện tranh Mỹ do DC Comics phát hành. Nhân vật được tạo ra bởi nhà văn Jerry Siegel và họa sĩ Joe Shuster, và
**William Henry** **Gates III** (sinh ngày 28 tháng 10 năm 1955), thường được biết tới với tên **Bill Gates**, là một nam doanh nhân, nhà từ thiện kiêm tác giả người Mỹ. Ông được biết
**Jennifer Shrader Lawrence** (sinh ngày 15 tháng 8 năm 1990) là một nữ diễn viên điện ảnh người Mỹ. Vai diễn đầu tiên của cô là một trong những nhân vật chính của loạt phim
**Đội tuyển bóng đá quốc gia Bỉ** chính thức đại diện cho Bỉ tại các giải đấu bóng đá nam quốc tế kể từ trận đấu đầu tiên vào năm 1904. Đội tuyển thuộc thẩm
Tác giả John C. Maxwell Người dịch Thanh Hà THÔNG TIN XUẤT BẢN Kích thước khổ 13x20 Số Trang 340 Mã EAN 8936066694117 NXB liên kết NXB Công Thương Sách do Công ty 1980 BOOKS
Trong vật lý học và điện từ học, **lực Lorentz** là lực tổng hợp của lực điện và lực từ tác dụng lên một điện tích điểm chuyển động trong trường điện từ. Định luật
**Sir Richard Starkey** (sinh ngày 7 tháng 7 năm 1940), thường được biết đến với nghệ danh **Ringo Starr**, là nhạc công, ca sĩ, nhạc sĩ và diễn viên người Anh, tay trống của ban
**Người Dơi** (tiếng Anh: **Batman**) là một nhân vật hư cấu, một siêu anh hùng truyện tranh được tạo ra bởi họa sĩ Bob Kane và nhà văn Bill Finger. Batman xuất hiện lần đầu
**Charles Martin Edwards** (sinh ngày 24 tháng 7 năm 1945) là cựu chủ tịch của Manchester United từ năm 1980 đến năm 2002. Hiện ông giữ chức chủ tịch danh dự của câu lạc bộ
nhỏ|Mã [[ASCII cho từ " Wikipedia " được biểu thị dưới dạng nhị phân, hệ thống số được sử dụng phổ biến nhất để mã hóa thông tin máy tính văn bản]] **Thông tin** có
**Câu lạc bộ bóng đá Manchester United** (tiếng Anh: _Manchester United Football Club_, hay ngắn gọn là **MU** hay **Man Utd**) là một câu lạc bộ bóng đá chuyên nghiệp có trụ sở tại Old
**Zlatan Ibrahimović ** (; ; sinh ngày 3 tháng 10 năm 1981) là một cựu cầu thủ bóng đá chuyên nghiệp người Thụy Điển thi đấu ở vị trí tiền đạo cắm. Ibrahimović bắt đầu
**Steven John Carell** (; sinh ngày 16 tháng 8 năm 1962) là một diễn viên và diễn viên hài người Mỹ. Anh đóng vai Michael Scott trong loạt phim _The Office_ của NBC (2005–2011; 2013),
**Eric Marlon Bishop** (sinh ngày 13 tháng 12 năm 1967), thường được biết đến rộng rãi là **Jamie Foxx**, là một diễn viên, diễn viên hài và ca sĩ người Mỹ. Năm 1991, anh tham
**Joseph Kalathiparambil** (sinh 1952) là một Giám mục người Ấn Độ của Giáo hội Công giáo Rôma. Ông hiện là Tổng giám mục chính tòa Tổng giáo phận Verapoly. Trước khi đến Verapoly, ông cũng
**Josiah Willard Gibbs** (11 tháng 2 năm 1839 - 28 tháng 4 năm 1903) là một nhà khoa học người Mỹ đã có những đóng góp lý thuyết đáng kể cho vật lý, hóa học
**Lịch sử của thuyết tương đối hẹp** bao gồm rất nhiều kết quả lý thuyết và thực nghiệm do nhiều nhà bác học khám phá như Albert Abraham Michelson, Hendrik Lorentz, Henri Poincaré và nhiều
Từ trường của một thanh [[nam châm hình trụ.]] **Từ trường** là môi trường năng lượng đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động hoặc do sự biến thiên của điện trường hoặc
thumb|Lăng kính tam giác phân tách chùm ánh sáng trắng, tách ra các bước sóng dài (đỏ) và các bước sóng ngắn hơn (màu lam). Đèn sư tử ở [[Hẻm núi Linh dương|Antelope Canyon, Hoa
**Elizabeth I của Anh** (tiếng Anh: _Elizabeth I of England;_ tiếng Pháp: _Élisabeth Ire d'Angleterre;_ tiếng Tây Ban Nha: _Isabel I de Inglaterra;_ 7 tháng 9 năm 153324 tháng 3 năm 1603) là Nữ vương
**Tốc độ ánh sáng** trong chân không, ký hiệu là , là một hằng số vật lý cơ bản quan trọng trong nhiều lĩnh vực vật lý. Nó có giá trị chính xác bằng 299.792.458 m/s
**Photon** hay **quang tử** (, phōs, ánh sáng; tiếng Việt đọc là _phô tông_ hay _phô tôn_) là một loại hạt cơ bản, đồng thời là hạt lượng tử của trường điện từ và ánh
nhỏ|520x520px|Mô tả sự lan truyền sóng điện từ [[Sin|hình sin, phân cực phẳng (tuyến tính) theo chiều dương trên trục **z** trong không gian 3 chiều, qua môi trường đồng nhất, đẳng hướng và không
phải|nhỏ|upright=1.8|Hình ảnh các vành đai chính, chụp ở điểm thuận lợi khi [[Sao Thổ che khuất Mặt Trời từ tàu không gian Cassini ngày 15 tháng 9 năm 2006 (độ trắng được cường điệu). "Đốm
**Phaolô Nguyễn Văn Bình** (1 tháng 9 năm 1910 – 1 tháng 7 năm 1995) là một giám mục Công giáo Rôma người Việt Nam. Ông nguyên là Tổng giám mục Tiên khởi của Tổng
**GeForce** là một thương hiệu của các đơn vị xử lý đồ họa (GPU) được thiết kế bởi NVIDIA. Kể từ loạt GeForce 30, đã có mười bảy lần lặp lại thiết kế. Các sản
**Điện từ trường** (còn gọi là **trường Maxwell**) là một trong những trường của vật lý học. Nó là một dạng đặc trưng cho tương tác giữa các hạt mang điện và không phải là
**Điện từ học** là ngành vật lý nghiên cứu và giải thích các hiện tượng điện và hiện tượng từ, và mối quan hệ giữa chúng. Ngành điện từ học là sự kết hợp của
[[Phương trình nổi tiếng của Einstein dựng tại Berlin năm 2006.]] **Thuyết tương đối** miêu tả cấu trúc của không gian và thời gian trong một thực thể thống nhất là không thời gian cũng
Trong vật lý học, **lực** (Tiếng Anh: _force_) là bất kỳ ảnh hưởng nào làm một vật thể chịu sự thay đổi, hoặc là ảnh hưởng đến chuyển động, hướng của nó hay cấu trúc
**_Cosmos: A Spacetime Odyssey_** ( Vũ trụ: Chuyến du hành không-thời gian) là một bộ phim tài liệu khoa học nước Mỹ, được trình chiếu vào năm 2014. Chương trình này dựa theo phim tài
## Tác động Nhiều quá trình vật lý liên quan đến nhiệt độ, chẳng hạn như: * Các tính chất vật lý của vật chất bao gồm pha (rắn, lỏng, khí hoặc plasma), tỷ trọng,
**Trận Kranji** là giai đoạn thứ hai trong trận tấn công Singapore của Đế quốc Nhật Bản trong Thế chiến thứ hai. Vào ngày 9 tháng 2 năm 1942, Lục quân Đế quốc Nhật Bản
Nam châm vĩnh cửu, một trong những sản phẩm lâu đời nhất của từ học. **Từ học** (tiếng Anh: _magnetism_) là một ngành khoa học thuộc Vật lý học nghiên cứu về hiện tượng hút
thumb|right|Quang học nghiên cứu hiện tượng [[tán sắc của ánh sáng.]] **Quang học** là một ngành của vật lý học nghiên cứu các tính chất và hoạt động của ánh sáng, bao gồm tương tác
** Jules Henri Poincaré ** (29 tháng 4 năm 1854 – 17 tháng 6 năm 1912) là một nhà toán học, nhà vật lý lý thuyết, và là một triết gia người Pháp. Ông là
Khái niệm của vòng phản hồi dùng để điều khiển hành vi động lực của hệ thống: đây là phản hồi âm, vì giá trị cảm biến (sensor) bị trừ đi từ giá trị mong
**Tòa án tối cao nước Cộng hòa Singapore** là một trong hai bậc của hệ thống tòa án Singapore, bậc kia là Tòa án sơ thẩm. Tòa án tối cao, bao gồm Tòa án thượng
Trong vật lý học, **thuyết tương đối hẹp** (**SR**, hay còn gọi là **thuyết tương đối đặc biệt** hoặc **STR**) là một lý thuyết vật lý đã được xác nhận bằng thực nghiệm và chấp
là một loạt manga Nhật Bản do Hirano Kouta sáng tác và minh họa. Manga này lần đầu tiên được công bố trên tạp chí _Young King Ours_ năm 1997 và kết thúc vào cuối