voorstel ppm 2e soort?

natuurkunderulez

Sorry voor de engelse text in het plaatje. Ik heb deze tekening al een poosje geleden gemaakt:

Afbeelding

Het voornaamste onderdeel in deze opstelling zijn de membramen, welke H2 gas makkelijk doorlaat, maar grotere moleculen niet. Dit is miscchien in de toekomst nog ooit te maken. (Misschien met graffeen ofzo?)

Het idee is dat in positie 1 de waterstof moleculen vrijelijk het membraam (in de zuiger) passeren in twee richtingen. Maar omdat aan de bovenzijde van het membraam een zwaarder gas aanwezig is (met een dusdanige moleculaire vorm en grootte dat deze niet in/door het membraam gaan) zal een deel van de waterstofmelculen boven het membraam verder naar boven gedreven worden; waarna de waarschijnlijkheid verder afneemt dat deze het membraam weer terug naar beneden passeren.

Hierdoor zou dan een onderdruk ontstaan aan de onderzijde van het membraam; welke vervolgens in energie omgezet kan worden: positie2(wellicht ontstaat er ook een overdruk aan de bovenzijde?)

Middels een kleine teruggave van energie, en het openen van een ventiel aan de onderzijde zou de opstelling weer terug in zijn originele positie gebracht kunnen worden. Positie 3

Ik loop hier al een tijdje mee rond maar heb zelf niet echt de kennis om deze te ontkrachten. In de prakijk is het natuurlijk niet zo makkelijk om een membaam te maken waarin de zwaardere/grotere moleculen niet vast gaan zitten, maar zou in theorie een enkele laag graffeen bijvoorbeeld niet op deze manier kunnen fungeren???

Deze wetenschap gaat mij eerlijk gezegd een beetje te boven. En het ligt er natuurlijk ook aan wat voor gas je kiest als zwaarder gas. En als dit zou werken, zou het dan een perpetuum mobile zijn? Het is natuurlijk zowel afhankelijk van de zwaartekracht als de omgevingstemperatuur. Als ik het goed begrijp zou het gas afkoelen op het moment dat de zuiger zijn arbeid maakt, omdat de ruimte uitzet; waarna de temperatuur weer stabiliseert met de omgeving van de opstelling. (de opstelling zou dan dus ook warmte van de omgeving onttrekken.) Gegroet, Stef van Uijtregt

Michel Uphoff

Dat mechanisme lijkt veel op Maxwells Demon klik en klik , een gedachtenexperiment van Maxwell dat de tweede wet van de thermodynamica zou schenden (wat het na zorgvuldiger beschouwing niet doet).

Je wilt als ik je goed begrijp in dit experiment de zwaartekracht samen met grotere en zwaardere gasmoleculen en kleine poriën in het membraan een eenrichtingsklep (een selectief membraan) laten vormen, ongeveer zoals in dit schemaatje ?

: Image1.jpg (30.96 KiB) 1116 keer bekeken

Als het geheel al energie van de omgeving betrekt, is het natuurlijk geen perpetuum mobile.

Leuk experiment! We weten natuurlijk dat de energiewetten onverbiddelijk zijn, maar het is wel de kunst exact aan te tonen waar zo'n gedachtenexperiment de mist in gaat.

De vinger precies op de zere plek leggen lukt mij niet direct, hij zal vast ergens in de subtiliteiten van de entropie zitten. Als de lichte moleculen in de poriën van het membraan tegen de zware botsen, neemt hun bewegingsenergie af en het zwaardere molecuul krijgt een grotere snelheid. Druk en temperatuur in het bovenste compartiment stijgen dan iets, terwijl die in het onderste compartiment miniem daalt. Maar de tweede wet van de thermodynamica schrijft ook voor dat er geen proces mogelijk is dat als enig gevolg heeft dat er energie van een object met lage naar een object met hoge temperatuur vloeit.

Typhoner

ik denk niet dat je een concentratiegradiënt aan "zware" moleculen (binnen in compartiment) kan vormen, hoor. De zwaartekracht heeft daar quasi geen invloed op.

Je zit natuurlijk wel met een beweegbare zuiger, en gesteld dat de initiële condities zo zijn dat het thermodynamisch gunstig is voor enkele lichte moleculen om van beneden naar boven te gaan (hangt van concentratie/mengpotentiaal) dan ga je waarschijnlijk de zuiger gewoon naar beneden zien vallen tot alle moleculen aan één kant zitten. Zelfs in geval van ideale gassen is dat de (zuiver op entropie) meest gunstige toestand.

EDIT: wat gestoffeerder

Marko

Als de zuiger permeabel is voor waterstof-moleculen zal de beweging ervan ook geen kracht uitoefenen op de zuiger.

Op het moment dat de klep opengaat is het enige wat gebeurt dat de concentratie waterstof in het gehele systeem gelijk zal worden. Er is geen sprake van dat daardoor de zuiger terug omhoog geduwd wordt.

natuurkunderulez

Ja michel, zoals in dat schema bedoelde ik het ja. (Alleen dan is er in werkelijkheid wellicht heel wat meer ruimte tussen de moleculen in. Met deze visualisatie lijkt het alsof er geen ruimte is voor de kleinere moleculen om naar boven te gaan.)

Michel Uphoff schreef: ↑wo 18 sep 2013, 15:18
Als de lichte moleculen in de poriën van het membraan tegen de zware botsen, neemt hun bewegingsenergie af en het zwaardere molecuul krijgt een grotere snelheid. Druk en temperatuur in het bovenste compartiment stijgen dan iets, terwijl die in het onderste compartiment miniem daalt.

Is dat zo ja? Als een zware grote molecuul, en een kleine lichte molecuul, met dezelfde snelheid linear frontaal tegenelkaar aanbotsen, dan vindt er toch een evenwichtige uitwisseling van snelheid en potentiele energie plaats? (de zware zal dan slechts een beetje afremmen, en de lichte zal dan versneld terug kaatsen) In ieder geval, mocht het zijn zoals je zegt, dan voeg je juist druk toe aan het bovenste gedeelte, wat de werking van de opstelling juist bijzet.)

Ik heb dit ook al eens ergens anders gepost (zonder dat dit een voor mij bevredigend antwoord opleverde.) en toen werd ik ook verwezen naar Maxwell's deamon.

Als een perpetuum mobile energie zou ontrekkenen van zijn omgeving wordt deze geclassificeert als een perpetuum mobile van de tweede soort.

Je zit natuurlijk wel met een beweegbare zuiger, en gesteld dat de initiële condities zo zijn dat het thermodynamisch gunstig is voor enkele lichte moleculen om van beneden naar boven te gaan (hangt van concentratie/mengpotentiaal) dan ga je waarschijnlijk de zuiger gewoon naar beneden zien vallen tot alle moleculen aan één kant zitten. Zelfs in geval van ideale gassen is dat de (zuiver op entropie) meest gunstige toestand.

De vraag was of deze zuiger met een bepaalde druk naar beneden geduwd wordt (zoals de arbeid slag in een moter) om op deze manier energie te onttrekken uit de opstelling. Als dit het geval is, dan kan de zuiger met minimale energie terug gebracht worden op zijn originele positie. (vrije slag) Daarvoor dient het ventiel wat openstaat in positie 3.

De zuiger is hier verticaal getekend, omdat dat makkelijker was. Maar voor het princiepe zou deze ook horizontaal geplaatst kunnen worden, zodat er geen zwaartekracht op doorwerkt.

Ik snap niet goed wat je bedoeld met "concentratie/mengpotentiaal"

Uitgaande van atmosferische druk en kamertemperatuur in de beginopstelling vind er toch altijd een uitwisseling plaats door het membraam; en verder naar boven? (in het geval je het over een 'ideal' membraam hebt zoals schematisch getekend)

natuurkunderulez

Als de zuiger permeabel is voor waterstof-moleculen zal de beweging ervan ook geen kracht uitoefenen op de zuiger.

Maar de zware moleculen aan de bovenzijde zullen dit wel doen. En omdat de concentratie, en dus ook de druk, verminderd aan de onderzijde zal de zuiger naar beneden geduwd worden.

Maar wat je zegt is deels waar; waterstofmoleculen zullen deels tegen het membraam aanbotsen, en deels door de gaten heen schieten.

Op het moment dat de klep opengaat is het enige wat gebeurt dat de concentratie waterstof in het gehele systeem gelijk zal worden. Er is geen sprake van dat daardoor de zuiger terug omhoog geduwd wordt.

Nee inderdaad. Dit is dus de vrije slag. Een deel van de energie verkregen uit de arbeid zal terug gegeven moeten worden om de zuiger weer in de originele positie te plaatsen.

Michel Uphoff

Als we die zuiger even laten voor wat het is, en ons concentreren op het ventielmechanisme.

Wat is dan de exacte reden waarom het geschetste ventiel niet kan werken?

Marko

natuurkunderulez schreef: ↑wo 18 sep 2013, 18:57
Maar de zware moleculen aan de bovenzijde zullen dit wel doen. En omdat de concentratie, en dus ook de druk, verminderd aan de onderzijde zal de zuiger naar beneden geduwd worden.

Vanuit het perspectief van de zware moleculen bevindt zich aan de andere kant van de zuiger een vacuum. Dát is de drijvende kracht die de zuiger naar beneden duwt. Zodra de zuiger zich in de onderste positie bevindt is er geen kracht meer die de zuiger omhoog kan duwen.

Maar wat je zegt is deels waar; waterstofmoleculen zullen deels tegen het membraam aanbotsen, en deels door de gaten heen schieten.

Sterker nog, het is helemaal waar. Waar het om draait is dat de waterstofmoleculen door het membraan heen kunnen. Daardoor zal het systeem gaan in een richting waarin de partieeldruk van waterstof aan beide zijden van het membraan gelijk is, en daarna is er evenwicht bereikt. Dat er af en toe waterstofmoleculen tegen de wand van de zuiger zullen botsen doet niet zo ter zake. Dat levert momentaan een tegendruk in de eerste cyclus (in de beginsituatie is er immers nog geen waterstof aanwezig, dus vanuit de waterstofmoleculen bekeken bevindt zich aan de andere kant een vacuum), wat echter snel verdwenen zal zijn omdat de waterstofmoleculen tussen de 2 kamers heen en weer kunnen bewegen.

Nee inderdaad. Dit is dus de vrije slag. Een deel van de energie verkregen uit de arbeid zal terug gegeven moeten worden om de zuiger weer in de originele positie te plaatsen.

Alle energie zal teruggegeven moeten worden, en de aanwezige waterstofmoleculen kunnen die energie niet leveren.

natuurkunderulez

Typhoner schreef: ↑wo 18 sep 2013, 17:17
ik denk niet dat je een concentratiegradiënt aan "zware" moleculen (binnen in compartiment) kan vormen, hoor. De zwaartekracht heeft daar quasi geen invloed op.

IK had je edit niet meegenomen in mijn antwoord. Ik dacht dat gassen zich ook gewoon rangschikken naar gelang hun gewicht.

@Marko

Zoals michel ook lijkt te vragen:

Als de klep geopend is in positie 3 waar komt dan die weerstand volgens jou vandaan om de zuiger weer omhoog te duwen?? (Uitgezonderd de zwaartekracht dan, want deze heeft ook mee arbeid geleverd)

Let wel dat je het bovenste membraam ook weg kunt denken. Dit is er enkel voor om de zwaardere gas deeltjes tegen te houden zodat deze niet onder de zuiger terecht komen.

Als de klep open is heb je toch een helemaal open/vrije rondgang van alle waterstof moleculen waardoor het vacuum onder de zuiger opgeheven wordt?

Marko

natuurkunderulez schreef: ↑wo 18 sep 2013, 23:17
Zoals michel ook lijkt te vragen:

Als de klep geopend is in positie 3 waar komt dan die weerstand volgens jou vandaan om de zuiger weer omhoog te duwen?? (Uitgezonderd de zwaartekracht dan, want deze heeft ook mee arbeid geleverd)

Gezien de eerdere verwijzing naar Maxwell's demon lijkt me de vraag in die richting te gaan. Maar we hoeven hier niet zo ver te gaan als Maxwell demons of Feynman ratchets om uit te leggen dat dit niet kan werken.

Let wel dat je het bovenste membraam ook weg kunt denken. Dit is er enkel voor om de zwaardere gas deeltjes tegen te houden zodat deze niet onder de zuiger terecht komen.

Die denk ik ook weg. Voor de waterstofatomen is er gewoon 1 ruimte, met daarin 2 kleine restricties waardoor de moleculen niet geheel vrijelijk kunnen bewegen (de zuiger en het membraan). Op enig moment zet je een klep open, maar daarmee blijft het voor de waterstofatomen 1 ruimte.

Voor de zware moleculen is het alsof ze met een bepaalde overdruk in een cilinder zitten. De zuiger zal dus naar buiten worden geduwd totdat de druk binnen de cilinder gelijk aan die buiten de cilinder. Aangezien de druk buiten te cilinder 0 is betekent dat in deze constructie dat de zuiger tot aan de aanslag naar buiten zal worden geduwd.

De arbeid die geleverd wordt is die van een expanderend gas. Het kost dezelfde hoeveelheid arbeid om dat gas weer te comprimeren.

Als de klep open is heb je toch een helemaal open/vrije rondgang van alle waterstof moleculen waardoor het vacuum onder de zuiger opgeheven wordt?

Van de waterstofatomen wel, maar niet van de zware moleculen. En daar daait het om.

Michel Uphoff

Geen van de gegeven antwoorden overtuigt mij. Daarom het volgende voorstel:

Laten we alle toeters en bellen (zuiger, membranen, kleppen, zwaartekracht) weghalen en kijken naar het meest eenvoudige voorbeeld van een (mogelijk of onmogelijk) moleculair eenrichtingsventiel. Als dat niet kan werken kunnen we stoppen. En als dat wel kan werken zien we hoe daar al dan niet een zuiger mee bewogen kan worden et cetera.

Ik stel een soort moleculaire wespenvanger voor:

: Image1.jpg (31.34 KiB) 1102 keer bekeken

Aannames:

Druk, temperatuur en volume is in beide helften initieel gelijk, de getekende situatie.
De druk en dikte van het tussenschot zijn zodanig gekozen dat de vrije padlengte van de moleculen voldoende is om in een keer van compartiment te wisselen.
De afmetingen van het ene gaatje zijn zo dat alleen de kleine moleculen zouden kunnen passeren.

Hypothese:

In beide compartimenten bewegen de gasmoleculen in willekeurige richting en met een gemiddelde snelheid.
De grote moleculen kunnen niet door het gaatje en blijven dus altijd in het rechter compartiment.
Van de vele kleine moleculen links kan een molecuul vrijelijk door het gaatje naar rechts.
Daar aangekomen is de kans dat het direct door hetzelfde gaatje weer terug gaat gering, het zal daar een fors aantal keren met de grote moleculen en wanden botsen alvorens het terug gaat (analoog aan de wespenvanger).
Dat zou in principe ook voor het volgende kleine molecuul gelden, net zo lang totdat er zich in beide compartimenten evenveel kleine moleculen bevinden, want dan staat er voor ieder van links naar rechts reizend molecuul er een van rechts naar links tegenover.
Het resultaat is, dat er rechts een overdruk en links een onderdruk ontstaat
Het resultaat is, dat de linkerzijde afkoelt en de rechterzijde opwarmt
Het resultaat is dat de rechter manometer een hogere druk aangeeft
Het resultaat is dat er arbeid is verricht (al is het maar die manometernaald verplaatsen)

Vragen:

Indien dit niet werkt op welk van de genoemde punten loopt het mis en waarom.
Indien dit wel werkt, waar komt de energie vandaan om de manometernaald te verplaatsen. M.a.w. waarom schendt dit de eerste wet niet.
Hoe zit het met de entropie? Je zou denken dat het systeem conform de 2e wet naar een zo hoog mogelijke entropie moet gaan, en dat is toch de situatie waarbij er zoveel mogelijk menging van moleculen plaats vindt. Dus dit is geen schending van de tweede wet?

Als dit wel mocht werken, dan kan de tussenwand eenvoudig verschuifbaar worden gemaakt, zodat we de zuiger terug hebben. Dan stel ik mij voor dat de oplopende druk rechts de zuiger naar links verplaatst. Maar omdat hierdoor de inhoud en het oppervlak in het rechterdeel groter wordt, wordt de statistische kans dat een molecuul terug naar links gaat minder groot. Het omgekeerde geldt voor het linker compartiment, daar wordt de kans juist wat groter. Daardoor neemt de druk rechts weer wat toe, et cetera. Zo eindigt de zuiger dan tenslotte ergens links (wrijving daargelaten).

Marko

Als je alles weglaat komt het neer op een situatie die overeenkomt met de situatie van 2 vloeistoffen en een semipermeabel membraan en het ontstaan van osmotische druk daarin.

Hetzelfde kun je hier verwachten. De moleculen aan de rechterkant zullen vanuit de beginsituatie naar rechts diffunderen totdat de partieeldruk aan beide zijden gelijk is. De totaaldruk aan de rechterzijde is dan hoger dan aan de linkerzijde.

Punt 7 moeten je even onderbouwen. Waarom daalt de temperatuur?

Bij punt 9 komt de energie om de ene naald te verplaatsen uit het verplaatsen van de andere naald.

Michel Uphoff

Jij vergelijkt het dus met osmotische druk. Lijkt mij weinig tegenin te brengen, maar ik wacht even andere antwoorden af.

De totaaldruk aan de rechterzijde is dan hoger dan aan de linkerzijde.

Dus zou naar jouw mening de tussenwand, als die verplaatsbaar is, naar links bewegen? Druk neemt dan rechts af, waardoor het osmosemechanisme weer kan werken en de druk rechts weer oploopt et cetera, totdat de zuiger ergens links strandt?

Punt 7 moeten je even onderbouwen. Waarom daalt de temperatuur?

Ik dacht aan de 2e wet van Gay-Lussac p/T=constant. Volume blijft immers (bij de vaste tussenwand) gelijk.

Bij punt 9 komt de energie om de ene naald te verplaatsen uit het verplaatsen van de andere naald.

Oeps.. Weg met die linker meter, toch nog een tierelantijn en direct spijt ervan. En nu verplaats de naald rechts niet, of toch? En zo ja, wat is dan de energiebron?

Math-E-Mad-X

Als ik het goed begrijp gebruik je waterstof moleculen omdat ze klein en licht zijn. Stel nu dat je deze moleculen zou vervangen door hypothetische deeltjes die 10 keer zo klein en 10 keer zo licht zijn, zou het systeem dan nog steeds werken?

En als ze 100 keer zo klein en licht zijn? Of een miljoen keer? We kunnen nog verder gaan en het limiet geval nemen dat de deeltjes helemaal niks meer wegen, dan hebben we dus in feite gewoon vacuüm onder de zuiger. Werkt je systeem in dat geval nog steeds?

EDIT: ik bedenk me nu dat je waarschijnlijk wel de totale massa van alle hypothetische deeltjes samen constant moet houden. In dat geval werkt mijn redenering niet.

Marko

Michel Uphoff schreef: ↑do 19 sep 2013, 11:58
Dus zou naar jouw mening de tussenwand, als die verplaatsbaar is, naar links bewegen. Verklaring: osmotische druk. Klopt?

Ja, of gewoon druk. Het gaat hier om gassen. Dat gebeurt ook in het oorspronkelijke ontwerp - de ruimte met de zware moleculen zal expanderen en de zuiger naar beneden duwen. Maar dat is een eenmalig effect, zoals iedere zuiger ten gevolge van een drukverschil zal bewegen.

Ik dacht aan de 2e wet van Gay-Lussac p/T=constant. Volume blijft immers (bij de vaste tussenwand) gelijk.

Maar het aantal deeltjes niet.

Oeps.. Weg met die linker meter, toch nog een tierelantijn en direct spijt ervan. En nu verplaats de naald rechts niet, of toch? En zo ja, wat is dan de energiebron?

jawel hoor, nog steeds. Dankzij de kleine moleculen. Maar praten over energiebronnen heeft pas zin wanneer je specificeert of en in welke mate er warmte-uitwisseling met de omgeving is.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

voorstel ppm 2e soort?

voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?

Re: voorstel ppm 2e soort?