Comment comprendre le paradoxe du démon de Maxwell?

 

par lionel6 |

     

Le démon de Maxwell est le nom donné par le célèbre physicien Maxwell à un paradoxe physique en thermodynamique. De célèbres chercheurs - notamment Einstein - se sont penchés sur ce paradoxe. Après avoir compris le paradoxe vous comprendrez comment le lever !

Étapes de réalisation

1.

Le démon de Maxwell est le nom d'un paradoxe physique qui met en erreur le second principe de la thermodynamique.

2.

Le deuxième principe de la thermodynamique pose qu'il existe une fonction, appelée entropie, dont la valeur est maximale à l'équilibre d'un système.
Ce principe complète le premier en tenant compte de la notion de réversibilité et d'irréversibilité des transformations.

3.

Par le second principe, la transformation d'un état A vers un état B n'est possible que si la variation d'entropie entre ces deux états est nulle. En particulier la transformation inverse n'est possible que si cette variation est nulle (transformation réversible).

4.

Comment comprendre le paradoxe du démon de Maxwell?

On considère deux sphères, dont une contient un gaz et l'autre pas.

5.

Comment comprendre le paradoxe du démon de Maxwell?

Ses deux sphères sont reliées par un petit cylindre, celui-ci bloquant l'accès entre les deux sphères par un "robinet".

6.

Comment comprendre le paradoxe du démon de Maxwell?

Si on ouvre le "robinet" le gaz va tendre à occuper tout le volume des deux sphères et du cylindre.

7.

La transformation inverse est bien sur impossible, on ne peut pas imaginer remettre tout le gaz dans un seul cylindre sans apport d'énergie ! La variation d'entropie pour cette transformation inverse est donc négative.

8.

Le paradoxe du démon de Maxwell consiste à montrer qu'une transformation serait possible bien que la variation d'entropie soit négative ! Autrement dit, il pose que la transformation précédente serait possible.

9.

Pour ce faire, Maxwell imagine un petit être (le démon) qui se place entre les deux compartiments et qui bloque le passage des particules dans un sens.

10.

Selon cette idée le gaz quitterait un compartiment pour ne plus en remplir qu'un.
Le second principe serait mis en erreur !

11.

De nombreux chercheurs (dont Albert Einstein) ont cherché à lever le paradoxe.

12.

Ce paradoxe fut levé simplement en montrant que le démon ne peut pas être efficace vis-à-vis du mouvement Brownien. De plus pour trier de cette façon les particules le démon doit apporter de l'énergie au système !

Le second principe n'était donc pas violé !

Astuces et mises en garde

Astuce(s) :

Il faut remarquer qu'il n'y a pas si longtemps que le paradoxe fut levé. La thermodynamique est une science relativement jeune !!!

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