Fórum: Maxwell-démon optikai szálakból?

Olvastam egy másik példát: A válaszfal egyik oldalán ellenállásos hősugárzót, a másik oldalán hőelemeket helyeztek el. A hőelemben létrejövő potenciált a kamra hőenergiájának "felhasználásával" illetve "elhasználásával" állította elő. Az így nyer elektromos energiát a másik kamrában az ellenállásos hősugárzó a kamrájának a felmelegítésére használta fel. Fordított irányban nem történhetett meg az energia áramlás, mert az ellenállás nem állított elő elektromos potenciált a kamrájának a hőjéből. Ezért a hőelem oldalon a hőelem nem sugározhatta le azt amit nem kapott meg. Ez is egyfajta Maxwell démon.

Van több megoldása a Maxwell-démonnak. Az egyikben a két kamra közötti falon tölcsér alakú szigetelő kúp szúk részénél szórólencse van. Ez esetben a szélesebb oldalon lévő gyűjtőlencsével koncentrált nyalábot a szórólencse szétszórja, az ezen irányú energia sugárzás teljes mértékben a szórólencse felőli kamrába jut. A visszairányban a szórólencsén át a szűk rés látszólagos átmérője a "kicsinyítés" mértékének függvénye. Ezért az ebből a kamrából a szórólencsén szóródó hősugárzásnak a többsége a tölcsér alak mellé szóródik és ezzel marad a kamrában. Ezt is és a többit is itt olvastam: (http://sg.hu/listazas.php3?id=1052168328)

"Vagyis ehhez csupán arra van szükség, hogy az energia áramlások útjába egy irány függő vezetőképességű eszközt (vezetőt) helyezzünk.

Példaként ilyen vezető többek között, némi átalakítással a Galilei-féle távcső is. A szórólencse felőli oldalán a környezet számára a cső felülete (az a térszög amit a cső elfoglal,) optikai szempontból sokkal kisebb a cső tényleges méreténél. Ezért miután az objektív felőli irányból a teljes sugárzott energia mennyiség átjut rajta, ugyanakkor a vissza irányban a szórólencsén át, a sugárzott energia többsége eltérül a cső mellé, ezzel marad ezen az oldalon.

Vagyis ha a módosított távcsövet két kamra közé helyezzük, akkor az objektív felőli kamrából addig sugárzódik át a hő az okulár felőli kamrába amíg az okulár felőli oldal sugárzása a szórólencse által csökkentett mértékkel egyező nagyságú lesz az objektív felől érkező sugárzással.

Számokkal: Példaként +25 C fokról indulva, az objektív felőli kamra a -20 C fok hőmérsékletű felületének hősugárzása P = 233 W/m2

Az okulár felőli oldal eddigre +70 C fok hőmérsékletű felületének pedig P= 786 W/m2

(Stefan–Boltzmann-törvény, lásd például itt: Wikipedia )

Azaz ha a szórólencsén át a t/k arány -3,4x-nél "nagyobb", azaz ennél jobban "kicsinyített" a kép, akkor a P=789 W/m2 sugárzási teljesítményű oldal felől a "kicsinyítési" tényező következtében a csőbe csak P= 231 W/m2 teljesítményű sugárzás tud bejutni a szórólencse felőli oldalról, miközben a szembe irányból P=233W/m2 érkezik.

Vagyis a -20 C fokos oldalról még ekkora hőmérséklet különbségnél is még mindig P=233 W/m2 jut át a +70 C fokos oldalra, miközben visszafelé csak P=231 W/m2 sugárzás jut át. Azaz a különbözet deltaP=233-231= 2 W/m2 még mindig a hidegebb felől a melegebb felé.

Tehát az egyensúly, azaz amikor mindkét oldalról a másik felé azonos teljesítményű energia sugárzás történik, csak +90 C fokos különbség felett alakul ki a -3,4x-szeres szórólencse esetében.

(Az érdekesség kedvéért megjegyzem, hogy a pontosan +90 C fokos különbséghez tartozó egyensúlyi P=P=233 W/m2 sugárzáshoz -3,376169841x-szeres "kicsinyítés" tartozik.)

Azaz "az energia", minden nemű munkavégzés nélkül, már egy ennyire nagyon egyszerű elrendezésű, mozgó alkatrész nélkül eszközzel is felhalmozható. A felhalmozás során képződő különbözete pedig munkavégzésre fogható. "

Senki nem szólt hozzá a témához, ezért kénytelen vagyok sk. cáfolni magam. A leírt szerkezetek mindegyik eleme hővezetéssel ill. hősugárzással át fogja venni annak a közegnek a hőmérsékletét, amibe belehelyezzük. Ezért minden alkatrész maga is a környezeti hőmérsékletnek megfelelő infravörös sugárzás forrásává válik.

"Ki-típusú" kocka, tükrökkel megvalósítva: a kocka lapjainak külső felületei sík-tükrök. A kocka lapjainak belső felületei homorú tükrök, gyújtótávolságuk azonos a kocka laptávolságával. A lapok közepén egy kis méretű, infravörös sugárzás számára átlátszó terület.

A gyakorlatban valószínűleg jobban működne az alábbi szerkezetű panel: a panel egyik lapja egy az infravörös sugárzás számára átlátszó anyagból készült lap, aminek mindkét felülete apró, négyzet alakú domború lencséket mintáz. A fókusztávolságuk valamivel rövidebb, mint a panel kívánt vastagsága, pl. lehet 15 mm is. A panel túlsó oldala egy ugyanilyen, átlátszó anyagból készült sík lemez. (Természetesen ezek az átlátszó lapok bevonhatók reflexiót gátló rétegekkel, akkor jobb lesz a hatásfok.) A sík lemez külső oldalára érdemes egy elnyelő réteget fölvinni, és erre egy visszaverő réteget tenni. A két lapot úgy kell - egymással párhuzamosan - beállítani, hogy a lencsék fókuszpontja a síklemez külső oldalára essen. Ezekre a fókuszpontokra nem szabad fényelnyelő és visszaverő rétegeket fölvinni, hogy itt a sugárzás szabadon távozhasson. A két lemez között vákuumot kell létrehozni, akkor jobb a hőszigetelés.

A fény optikai szálba belépve hosszú utat tud megtenni jelentős gyengülés nélkül. Ennek oka egyrészt az, hogy nagyon tiszta anyagból készül, ami alig nyeli el. A másik ok az, hogy az optikai szál oldaláról teljes visszaverődés történik, még akkor is, ha néháy centiméteres sugáron meghajlítják. Ez adta az inspirációt az alábbi ötlethez. Készítsünk olyan optikai szálat ami a belépő felülettől fokozatosan szűkül - amilyen gyorsan csak lehet - a szál oldalán történő teljes visszaverődés megőrzése mellett. Ezután készítsünk egy olyan felületet, amit szépen, sorban-rendben a fönt leírt optikai szálak bemeneteivel borítunk be. (Ha a szálak vastagabb "induló" végei négyzet keresztmetszetűek, akkor a felület csaknem 100 Egy - az előzővel párhuzamosan elhelyezett - felületre pedig az otikai szálak minimálisra szűkitett túlodali "kimenetei" kerülnek, szépen sorban. Ezen a felületen a maximális szűkítés miatt már a felület nagy része fény-visszaverő anyaggal borítható. Gondoljunk utána, hogy a fönt leírt szerkezet lényegében egy fény-egyenirányító: a "kezdő"-oldalról a túloldalra áramolhat a beeső fény nagy része, a szűkített végről a "kezdő" oldalra viszont sokkal kevésbé áramolhat a fény. (Gyakorlati fölhasználás: pl. ha vékonyra sikerülne készíteni a panelt, akkor tükröződés-mentes és nagy szögből is jól látható képernyő készítésére használható.)

Készítsük el fönt leírt egyenirányító lapokat/tömböket úgy, hogy az infravörös sugárzásra optimalizájuk a szerkezetét: pl. a az optikai szálban az infravörös sugárzás terjedhesen a lehető legalacsonyabb gyengüléssel. Ezután készítsünk két kocka alakú teret, amit a fönti egyenirányítók határolnak. Az egyiket úgy állítsuk be, hogy kivezessék a kocka alakú térből az infravörös sugárzást, és ne engedjék vissza, és legyen ez a Ki -nevű kocka. A másikat pedig úgy készítsük el hogy a panelek bevezessék a környezet infravörös sugárzását a kocka alakú térbe, és ne engedjék belőle kiszökni, ezt nevezzük Be kockának. A várakozásom az, hogy ha a két kockát egy adott hőmérsékletű térbe helyezzük - például egy 22 C fokos szobába - akkor egy idő után a Ki-kockában a hőmérsklet alacsonyabb lesz mint a környezet hőmérséklete, a Be-kockában pedig magasabb hőmérséklet alakul ki, mint a környezeté. Így energia illetve munka befektetése nélkül eltérő hőmérsékletű közegeket alakítunk ki, ami energia termelésére használható. Első pillantásra ez minimum egy, de lehet hogy több fontos termodinamikai törvényt (is) sért. Tudjuk azonban, hogy ha sikerülne egy energia-befektetés nélkül működő Maxwell-démont készítenünk, akkor ez nem akadály. A fönt leírt infra-egyenirányítók pedig véleményem szerint Maxwell-démon szerűen működnek.