Η θερμική μηχανή του Szilard

Οι θερμικές μηχανές, όπως για παράδειγμα η μηχανή του Carnot  και η μηχανή του Otto, μετατρέπουν την θερμότητα σε ωφέλιμη ενέργεια (έργο). Η μηχανή του Carnot μάλιστα κατέχει ιδιαίτερη θέση στην θεωρία της θερμοδυναμικής.
To 1929 o Leo Szilard (1898 - 1964) πρότεινε μια ιδεατή μηχανή η οποία συνδέει για πρώτη φορά την πληροφορία με την θερμοδυναμική πριν από τον Shannon.
Η μηχανή του Szilard είναι βυθισμένη σε σε μια δεξαμενή θερμότητας που έχει σταθερή θερμοκρασία Τ, εξασφαλίζοντας ότι όλες οι θερμοδυναμικές μεταβολές της μηχανής θα είναι ισόθερμες.
Αποτελείται από ένα δοχείο - με διαθερμικά τοιχώματα - το οποίο περιέχει "αέριο" με μόνο ΕΝΑ (1) ΜΟΡΙΟ !
Επίπλέον, στα δυο άκρα του δοχείου υπάρχουν έμβολα και το μέσον μπορεί να ανοιγοκλείνει ένα διάφραγμα.
Ένας κύκλος της μηχανής του Szilard αποτελείται από τα επόμενα βήματα:
-Το διάφραγμα κλείνει. Το μοναδικό μόριο θα βρίσκεται σε ένα από τα δυο τμήματα του δοχείου

-Ένας δαίμονας (σαν τον δαίμονα του Maxwell) ανακαλύπτει σε ποιο από τα δυο ήμισυ βρίσκεται το μόριο (έστω ότι βρίσκεται στο αριστερό τμήμα)

-O δαίμονας μετακινεί το δεξιό έμβολο στο κενό τμήμα του δοχείου (και αφού δεν περιέχεται "αέριο" και δεν υπάρχουν τριβές, δεν καταναλώνει
ενέργεια)

-Μόλις το έμβολο φτάσει στο μέσον του δοχείου το διάφραγμα ανοίγει

 και το άεριο (που συνίσταται από ένα μόριο) μετακινεί το έμβολο προς τα δεξιά (εκτονώνεται ισόθερμα) παράγοντας ωφέλιμο έργο

-Ένας νέος κύκλος ξεκινά κλείνοντας το διάφραγμα....
Δείτε τα παραπάνω στάδια σε κίνηση πατώντας ΕΔΩ
Το έργο που παράγεται σε έναν κύκλο είναι:

W = Ν k T ln2

και η μείωση της εντροπίας του συστήματος:

Ν k ln2

Η μείωση της εντροπίας προκύπτει από το bit της "πληροφορίας" που μας αποκαλύπτει, σε ποιο τμήμα βρίσκεται το μόριο του "αερίου" στην αρχή του κύκλου.

Η μηχανή του Szilard παρουσιάζει κι άλλες παραδοξότητες.
Πρόκειται για θερμική μηχανή που βρίσκεται συνεχώς στην ίδια θερμοκρασία, ενώ οι θερμικές μηχανές πάντα λειτουργούν μεταξύ (τουλάχιστον) δυο διαφορετικών θερμοκρασιών...Η απόδοσή της είναι ίση με την μονάδα, διότι το ωφέλιμο έργο που παράγει είναι ίσο με την θερμότητα που απορροφά από την δεξαμενή θερμότητας, οπότε:

 e = W/Qh = 1

Έτσι παραβιάζεται πάλι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής που απαγορεύει την ύπαρξη θερμικής μηχανής με απόδοση ίση με την μονάδα.
numericana.com