『壹』 半透膜是“麦克斯韦妖”吗
关键只在一抄点,严格的“麦克袭斯韦妖”是被设想成在一个封闭系统之中的、凭自身的能力使速度大小不同的分子分开的精灵,经过几代科学家的努力,已经知道这是不可能的事情。而实验室中的半透膜并不具备这种封闭条件:没有物质也没有能量交换(意味着你甚至不能看见它!)
『贰』 关于半透膜的问题
水分子逆浓度差,顺水势差移动,动力即由水势提供,水势:一定条件下单位体积内全部水分子具有分子势能的总和,在条件不变时,水势取决于单位体积内水分子的多少,所以,水分子由低浓度移向高浓度一侧,高浓度侧水面不再上升时,两侧水势相等,水分子进出处于平衡状态,高浓度侧单位体积内,水分子少,但水势相等是由于,压强增大了,即两边的条件不同。
『叁』 渗透压的"悖论"
可以从扩散现象来解释。也就是分子总是越来越分散,向占据更大的空间、分布更加平均的趋势发展。(热力学第二定律)
从楼主举的例子而言,一边是糖水,一边是水,由于半透膜阻挡了糖分子的扩散运动,所以我们要从水分子运动来说明:由于糖水中的水分子浓度相对较少,所以系统要向水分子分布更加均匀的方向运动,于是水分子要穿过半透膜向糖水方向移动。这一过程与浓度差成正比。
因为有一侧溶液中始终有糖,所以水分子会持续向糖水侧移动,直至由浓度决定的渗透压等于重力决定的压强时,系统才会达到平衡。
简而言之,我们平常看这个问题都是“糖的水溶液”;在这个例子中应当用“水的糖溶液”的眼光来看。不知楼主看懂了没有。
『肆』 一个奇怪的问题 (能量守恒与渗透作用)
你的问题很有意思。答案是不会。下面将从两个角度来理解。
渗透压的微观本质在于分子的热运动倾向于使孤立系统熵(混乱度)增加,从而导致扩散现象。以导管(及溶液)为系统,假定从BC处吸入水,而没有水从FG流出,原系统和吸入的水构成的孤立系统的熵增加,这个过程可以进行,但会受到容器体积以及分子间隙的限制,如果容器绝对刚性,溶液充满,则吸入少量水后,分子间斥力增大(与渗透压平衡,有半透膜时,渗透压的方向指向容器内),吸入过程宏观终止。
有没有可能从FG中排出少量水,使分子间斥力减小,从而使吸入流出持续进行呢?问题中假定FG下方加上另一个小容器也盛有水,那样FG界面处的渗透压和BC处渗透压相等。根本不会有水从BC处吸入。FG如是如图的敞口的,那么FG处的水会蒸发一部分,从而可以不断从BC处吸水,FG处蒸发(只要空气足够干燥并流动)。
进一步有没有可能FG(敞口)中有液态的水流出,FG界面下方一旦有液态水形成,水分子就会受到渗透压的作用,实际上和FG下方加上另一个小容器也盛有水的情况一样。
现在从另一个角度来分析问题。假定BC处吸水,FG处有液态水流出,那么只要在FG的下方放置一个带有转轴的叶片,转轴连接发电机,FG流出的水冲击叶片发电,发电机输出的电流(供电动机提升重物。根据前面的假定,这个装置可以构成一个循环,冲击叶片的水流入水槽再被BC吸收,如此外界不断获得电能,能量的来源是水的温度降低,内能减少(再也没有其它可能的来源)。这明显与热力学第二定律的普朗克表述相矛盾,“不可能制造一种机器在循环动作中使一重物升高,同时使一热库冷却”。因此这一装置属于第二类永动机,是不可能实现的。
从BC吸水,FG流水实际上就是将水分子的无规则运动,变成了有规则(总体上自上而下)的运动。这样的转变如果没有外界的推动力,是不可能自己发生的,可以自发发生的是相反的过程:有规则(定向)运动自发变为无规运动。
『伍』 半透膜与类永动机的疑难。
所谓“永动机”复是一种只制在理想状态下存在的机械结构,它在理论上是成立的,而实际上是不会存在的。因为在理论上理想状态时是忽略了所有的能量损耗,永动机处于一种没有阻力没有摩擦的状态下运行。
而实际上这种条件是不能达到的。楼主所说的“循环渗透”问题非常有趣,楼主动了脑筋。这一装置最终也会停在某一平衡状态,会由于漏斗内壁对液体不断摩擦而使整个装置的温度上升,从而引起液体密度的改变。这是一个熵增加的过程。如果这装置是完全与外界绝缘的,那么最终循环会停止。如果在装置外有冷却装置,是系统保持在低温下,那倒能使装置长时间运行。但这是有外界能量输入的,恐怕就不能算永动机的范畴了。
『陆』 为什么一旦有了半透膜,渗透压就会产生并且为什么不用压强平衡来解释
比如半透膜的左侧是清水,右侧是糖水,清水中单位体积里的水分子数量要多于专糖水中单位体积里属的水分子数量,这个差别正是渗透的动力。因为水分子可以自由穿越半透膜,就单个水分子而言,它从清水进入糖水的平均速度等于从糖水进入清水的平均速度,但对众多的水分子而言,由于清水中水分子更密集,所以总的来说,清水进入糖水中的水分子更多,此即渗透。
假设开始时左右两侧等高。因渗透,右侧高度不断增加,左侧相反,但这不会一直进行下去,因为:1)右侧液面高出左侧的部分中的水会跑到左侧清水中,相反的过程则完全没有;2)两侧都有液体的部分,同一水平面上,糖水的压强高于清水的,这一压强差会加大单个水分子从右到左的平均速度,而减小单个水分子从左到右的平均速度……
总之,渗透压的关键是分子数密度的不同而导致的众多分子的总体速度的不同,而普通压强的关键是重力所导致的压强差而影响到的单个分子的平均运动速度。
『柒』 系统熵减少的过程不能实现的是错还是对
这个说法是错误的,这是题目是想让你混淆这个命题——[]封闭系统]的熵减少的过程是不能实现的,如果这么说就对了。
熵是指的系统的不稳定的状态,一种无序的程度。理论上,熵是不断增大的,也就是从有序趋于无序,从高能到低能一种过程。
你可以这么理解,你有一间房子,你不管它,它会越来越乱,这样熵就增大了,但是你整理后,就整齐了,熵就减少了,房子的熵减少,是因为你为之输入了额外的能量
熵,用来表示体系能量的平衡程度。能量分布越均衡,熵就越大。 封闭体系,只存在于理想之中,因此熵增加理论(即你说的不可减少)是无法被证明的,是抽象思维的产物。 所谓抽象产物,最简单的例子可参考伽利略推导惯性定律的理想实验。 可以参考生活经验。比如你把两个铁块,一冷一热相接触。然后将它们与外界完全隔绝,热量会从温度高的传递到温度低的,最终两铁块温度相等。其实这个理想实验就是结合生活经验,加入理想条件之后的理性分析产物。如果你某天发现了自然状态下,热量从温度低的铁块传递到了温度高的铁块中去,从而温度高的更高,低的更低,那么理论就被推翻了。 所以这个理论不能被证明,但是可以理解对不?它在被反例推翻之前,是可以被当做一种规律应用的。 封闭系统中的状态,总会朝着使系统最稳定趋近,此时能量最低,分布最均衡。根据熵的概念,封闭系统若自然发展,总会朝着熵最大值发展,而不会倒过来(减小)。 比如你在碗里放了个小球(地面),根据熵的定义,小球在碗底的时候,碗和小球组成的系统熵最大,比小球在碗边沿的时候(熵最小状态)更大。若小球初始位置在碗的边沿与碗底之间,那么它经过N次上下滚动之后,必然会停到碗底(即熵增大),而不是最终停在碗边沿(即熵减小)。
『捌』 麦克斯韦妖是怎么回事细胞膜是半透膜啊拜托了各位 谢谢
(1)那只是类似,比如细胞膜上的钠泵,可将3个Na+离子泵出膜内,同时将2个Na+泵入膜内,钠泵不停运转使膜内外离子分布不平衡。但钠泵的运转是需要不断耗费能量的。系统的总熵变应当仍为正值。 (2)克劳修斯说的,他提出了熵的概念S=Q/T,并将热力学第二定律表述为:在孤立系统中,实际发生的过程总是使整个系统的熵增加。但在这之后,克劳修斯错误地把孤立体系中的熵增定律扩展到了整个宇宙中,认为在整个宇宙中热量不断地从高温转向低温,直至一个时刻不再有温差,宇宙总熵值达到极大。这时将不再会有任何力量能够使热量发生转移,也就是热寂论 追问: 可以把整个 宇宙 视为一个很大的“孤立系统”吗? 回答: 可以啊,但除了把整个 宇宙 视为一体之外,孤立系统并不存在于现实之中。(在 热力学 之中,孤立系统是指一个完全不与外界 交换能量 或质量的系统。任何能量或质量都不能进入或者离开一个孤立系统,只能在系统内移动) 但是,在一定次数内,有些真实系统的行为近乎于孤立系统。所以,孤立系统的概念可以作为真实情况的一个近似模型。在建立以 数学模型 描述一些 自然现象 时,孤立系统是个可被接受的模型。 追问: 如果真是钠泵,那么是需要消耗能量没错。但貌似这只是凭空想象出来的,并没有人真得观察到了钠泵。 而且 细胞 那么小,能产生的能量也很有限,而细胞的 新陈代谢 本身就要消耗大量能量,细胞还能剩余多少能量支援钠泵工作呢? 貌似钠泵是直接取自 分子动能 来维持工作的吧,我感觉。而不是由细胞内的能源物质提供。 追问: 组成物质的所有 分子动能 的总体,在宏观上的表现,就是温度了。 也就是说“ 热力学第二定律 ”其实根本就是不存在的。
『玖』 永动机新方案——高二生物半透膜应用
有问题。
注意,烧杯中的水进入半透膜后,半透膜内的溶液已经被稀释了,等他重新流到烧杯里面时,也带出了一部分的溶液,这样不要过多久就会达到平衡,就停下来了。
『拾』 半透膜允许离子和小分子自由通过,生物大分子不能通过。这过程未消耗能量,但熵减少了
自发的过程往往遵循熵增原理。即是,在绝热条件下,一切可能发生的实内际过程都使系统的容熵增大,直到达到平衡态。
何不试着这样理解:
这个问题涉及的熵改变跟大分子物质根本无关,由于大分子物质是在这个过程中不移动的,我们可以考虑为相对静止。所以只需要考虑移动的小分子物质对系统熵值改变的影响。
而小分子移动势必打破系统原理为之构建的结构(比如水分子和小分子物质之间相互作用形成的结构)或者状态,那么混乱度势必增加,也就熵值增加。