『壹』 半透膜是「麥克斯韋妖」嗎
關鍵只在一抄點,嚴格的「麥克襲斯韋妖」是被設想成在一個封閉系統之中的、憑自身的能力使速度大小不同的分子分開的精靈,經過幾代科學家的努力,已經知道這是不可能的事情。而實驗室中的半透膜並不具備這種封閉條件:沒有物質也沒有能量交換(意味著你甚至不能看見它!)
『貳』 關於半透膜的問題
水分子逆濃度差,順水勢差移動,動力即由水勢提供,水勢:一定條件下單位體積內全部水分子具有分子勢能的總和,在條件不變時,水勢取決於單位體積內水分子的多少,所以,水分子由低濃度移向高濃度一側,高濃度側水面不再上升時,兩側水勢相等,水分子進出處於平衡狀態,高濃度側單位體積內,水分子少,但水勢相等是由於,壓強增大了,即兩邊的條件不同。
『叄』 滲透壓的"悖論"
可以從擴散現象來解釋。也就是分子總是越來越分散,向占據更大的空間、分布更加平均的趨勢發展。(熱力學第二定律)
從樓主舉的例子而言,一邊是糖水,一邊是水,由於半透膜阻擋了糖分子的擴散運動,所以我們要從水分子運動來說明:由於糖水中的水分子濃度相對較少,所以系統要向水分子分布更加均勻的方向運動,於是水分子要穿過半透膜向糖水方向移動。這一過程與濃度差成正比。
因為有一側溶液中始終有糖,所以水分子會持續向糖水側移動,直至由濃度決定的滲透壓等於重力決定的壓強時,系統才會達到平衡。
簡而言之,我們平常看這個問題都是「糖的水溶液」;在這個例子中應當用「水的糖溶液」的眼光來看。不知樓主看懂了沒有。
『肆』 一個奇怪的問題 (能量守恆與滲透作用)
你的問題很有意思。答案是不會。下面將從兩個角度來理解。
滲透壓的微觀本質在於分子的熱運動傾向於使孤立系統熵(混亂度)增加,從而導致擴散現象。以導管(及溶液)為系統,假定從BC處吸入水,而沒有水從FG流出,原系統和吸入的水構成的孤立系統的熵增加,這個過程可以進行,但會受到容器體積以及分子間隙的限制,如果容器絕對剛性,溶液充滿,則吸入少量水後,分子間斥力增大(與滲透壓平衡,有半透膜時,滲透壓的方向指向容器內),吸入過程宏觀終止。
有沒有可能從FG中排出少量水,使分子間斥力減小,從而使吸入流出持續進行呢?問題中假定FG下方加上另一個小容器也盛有水,那樣FG界面處的滲透壓和BC處滲透壓相等。根本不會有水從BC處吸入。FG如是如圖的敞口的,那麼FG處的水會蒸發一部分,從而可以不斷從BC處吸水,FG處蒸發(只要空氣足夠乾燥並流動)。
進一步有沒有可能FG(敞口)中有液態的水流出,FG界面下方一旦有液態水形成,水分子就會受到滲透壓的作用,實際上和FG下方加上另一個小容器也盛有水的情況一樣。
現在從另一個角度來分析問題。假定BC處吸水,FG處有液態水流出,那麼只要在FG的下方放置一個帶有轉軸的葉片,轉軸連接發電機,FG流出的水沖擊葉片發電,發電機輸出的電流(供電動機提升重物。根據前面的假定,這個裝置可以構成一個循環,沖擊葉片的水流入水槽再被BC吸收,如此外界不斷獲得電能,能量的來源是水的溫度降低,內能減少(再也沒有其它可能的來源)。這明顯與熱力學第二定律的普朗克表述相矛盾,「不可能製造一種機器在循環動作中使一重物升高,同時使一熱庫冷卻」。因此這一裝置屬於第二類永動機,是不可能實現的。
從BC吸水,FG流水實際上就是將水分子的無規則運動,變成了有規則(總體上自上而下)的運動。這樣的轉變如果沒有外界的推動力,是不可能自己發生的,可以自發發生的是相反的過程:有規則(定向)運動自發變為無規運動。
『伍』 半透膜與類永動機的疑難。
所謂「永動機」復是一種只制在理想狀態下存在的機械結構,它在理論上是成立的,而實際上是不會存在的。因為在理論上理想狀態時是忽略了所有的能量損耗,永動機處於一種沒有阻力沒有摩擦的狀態下運行。
而實際上這種條件是不能達到的。樓主所說的「循環滲透」問題非常有趣,樓主動了腦筋。這一裝置最終也會停在某一平衡狀態,會由於漏斗內壁對液體不斷摩擦而使整個裝置的溫度上升,從而引起液體密度的改變。這是一個熵增加的過程。如果這裝置是完全與外界絕緣的,那麼最終循環會停止。如果在裝置外有冷卻裝置,是系統保持在低溫下,那倒能使裝置長時間運行。但這是有外界能量輸入的,恐怕就不能算永動機的范疇了。
『陸』 為什麼一旦有了半透膜,滲透壓就會產生並且為什麼不用壓強平衡來解釋
比如半透膜的左側是清水,右側是糖水,清水中單位體積里的水分子數量要多於專糖水中單位體積里屬的水分子數量,這個差別正是滲透的動力。因為水分子可以自由穿越半透膜,就單個水分子而言,它從清水進入糖水的平均速度等於從糖水進入清水的平均速度,但對眾多的水分子而言,由於清水中水分子更密集,所以總的來說,清水進入糖水中的水分子更多,此即滲透。
假設開始時左右兩側等高。因滲透,右側高度不斷增加,左側相反,但這不會一直進行下去,因為:1)右側液面高出左側的部分中的水會跑到左側清水中,相反的過程則完全沒有;2)兩側都有液體的部分,同一水平面上,糖水的壓強高於清水的,這一壓強差會加大單個水分子從右到左的平均速度,而減小單個水分子從左到右的平均速度……
總之,滲透壓的關鍵是分子數密度的不同而導致的眾多分子的總體速度的不同,而普通壓強的關鍵是重力所導致的壓強差而影響到的單個分子的平均運動速度。
『柒』 系統熵減少的過程不能實現的是錯還是對
這個說法是錯誤的,這是題目是想讓你混淆這個命題——[]封閉系統]的熵減少的過程是不能實現的,如果這么說就對了。
熵是指的系統的不穩定的狀態,一種無序的程度。理論上,熵是不斷增大的,也就是從有序趨於無序,從高能到低能一種過程。
你可以這么理解,你有一間房子,你不管它,它會越來越亂,這樣熵就增大了,但是你整理後,就整齊了,熵就減少了,房子的熵減少,是因為你為之輸入了額外的能量
熵,用來表示體系能量的平衡程度。能量分布越均衡,熵就越大。 封閉體系,只存在於理想之中,因此熵增加理論(即你說的不可減少)是無法被證明的,是抽象思維的產物。 所謂抽象產物,最簡單的例子可參考伽利略推導慣性定律的理想實驗。 可以參考生活經驗。比如你把兩個鐵塊,一冷一熱相接觸。然後將它們與外界完全隔絕,熱量會從溫度高的傳遞到溫度低的,最終兩鐵塊溫度相等。其實這個理想實驗就是結合生活經驗,加入理想條件之後的理性分析產物。如果你某天發現了自然狀態下,熱量從溫度低的鐵塊傳遞到了溫度高的鐵塊中去,從而溫度高的更高,低的更低,那麼理論就被推翻了。 所以這個理論不能被證明,但是可以理解對不?它在被反例推翻之前,是可以被當做一種規律應用的。 封閉系統中的狀態,總會朝著使系統最穩定趨近,此時能量最低,分布最均衡。根據熵的概念,封閉系統若自然發展,總會朝著熵最大值發展,而不會倒過來(減小)。 比如你在碗里放了個小球(地面),根據熵的定義,小球在碗底的時候,碗和小球組成的系統熵最大,比小球在碗邊沿的時候(熵最小狀態)更大。若小球初始位置在碗的邊沿與碗底之間,那麼它經過N次上下滾動之後,必然會停到碗底(即熵增大),而不是最終停在碗邊沿(即熵減小)。
『捌』 麥克斯韋妖是怎麼回事細胞膜是半透膜啊拜託了各位 謝謝
(1)那隻是類似,比如細胞膜上的鈉泵,可將3個Na+離子泵出膜內,同時將2個Na+泵入膜內,鈉泵不停運轉使膜內外離子分布不平衡。但鈉泵的運轉是需要不斷耗費能量的。系統的總熵變應當仍為正值。 (2)克勞修斯說的,他提出了熵的概念S=Q/T,並將熱力學第二定律表述為:在孤立系統中,實際發生的過程總是使整個系統的熵增加。但在這之後,克勞修斯錯誤地把孤立體系中的熵增定律擴展到了整個宇宙中,認為在整個宇宙中熱量不斷地從高溫轉向低溫,直至一個時刻不再有溫差,宇宙總熵值達到極大。這時將不再會有任何力量能夠使熱量發生轉移,也就是熱寂論 追問: 可以把整個 宇宙 視為一個很大的「孤立系統」嗎? 回答: 可以啊,但除了把整個 宇宙 視為一體之外,孤立系統並不存在於現實之中。(在 熱力學 之中,孤立系統是指一個完全不與外界 交換能量 或質量的系統。任何能量或質量都不能進入或者離開一個孤立系統,只能在系統內移動) 但是,在一定次數內,有些真實系統的行為近乎於孤立系統。所以,孤立系統的概念可以作為真實情況的一個近似模型。在建立以 數學模型 描述一些 自然現象 時,孤立系統是個可被接受的模型。 追問: 如果真是鈉泵,那麼是需要消耗能量沒錯。但貌似這只是憑空想像出來的,並沒有人真得觀察到了鈉泵。 而且 細胞 那麼小,能產生的能量也很有限,而細胞的 新陳代謝 本身就要消耗大量能量,細胞還能剩餘多少能量支援鈉泵工作呢? 貌似鈉泵是直接取自 分子動能 來維持工作的吧,我感覺。而不是由細胞內的能源物質提供。 追問: 組成物質的所有 分子動能 的總體,在宏觀上的表現,就是溫度了。 也就是說「 熱力學第二定律 」其實根本就是不存在的。
『玖』 永動機新方案——高二生物半透膜應用
有問題。
注意,燒杯中的水進入半透膜後,半透膜內的溶液已經被稀釋了,等他重新流到燒杯裡面時,也帶出了一部分的溶液,這樣不要過多久就會達到平衡,就停下來了。
『拾』 半透膜允許離子和小分子自由通過,生物大分子不能通過。這過程未消耗能量,但熵減少了
自發的過程往往遵循熵增原理。即是,在絕熱條件下,一切可能發生的實內際過程都使系統的容熵增大,直到達到平衡態。
何不試著這樣理解:
這個問題涉及的熵改變跟大分子物質根本無關,由於大分子物質是在這個過程中不移動的,我們可以考慮為相對靜止。所以只需要考慮移動的小分子物質對系統熵值改變的影響。
而小分子移動勢必打破系統原理為之構建的結構(比如水分子和小分子物質之間相互作用形成的結構)或者狀態,那麼混亂度勢必增加,也就熵值增加。