布朗棘轮

✍ dations ◷ 2025-07-18 11:04:52 #布朗棘轮

布朗棘轮（Brownian ratchet），又称费曼棘轮，由波兰物理学家玛丽安·斯莫卢霍斯基（英语：Marian Smoluchowski）于1912年提出的永动机构想，因物理学家理查德·费曼于1962年的讲座中传播开来。如图，一个浸在水中的桨轮上连接一个微小的棘轮。因棘轮只能单方向转动，由于分子的布朗运动，当分子随机与桨轮碰撞时，桨轮只能往一个方向转，而且可用来做功，例如举起一个小砝码。这样一来只要使用简单的棘轮，像是用掣子（pawl）咬住齿轮，就可以让桨轮永远转动下去。但费曼自己证明了他的布朗棘轮必须要有一个微小的掣子，能随分子的碰撞而动。当棘轮和掣子的温度与水相同时，这个微小的掣子三不五时就会失效，而无法产生净移动。当温度低于水温时，桨轮就有可能只往一个方向转动，此时耗的能来自于温度梯度，并未违反热力学第二定律。

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