Molekulare Ratsche

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

zur molekularen Ratsche steht in Wikipedia:

Eine molekulare Ratsche oder auch Brownsche Ratsche ist eine Nanomaschine, die aus brownscher Molekularbewegung (also aus Wärme) gerichtete Bewegung erzeugt. Dies kann nur funktionieren, wenn von außen Energie in das System gebracht wird.

Bitte den gesamten Bericht lesen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Ratsche

wenn aber das Ratschenrad sich im Vakuum befindet, und das Flügelrad sich in einem Gas befindet, müsste sich das Flügelrad auch ohne äußere Energiezufuhr drehen, dann wäre das ein Perpetuum Mobile.

Wo ist der Haken?

Grüße von burri

#2

Hallo

wenn aber das Ratschenrad sich im Vakuum befindet, und das
Flügelrad sich in einem Gas befindet, müsste sich das
Flügelrad auch ohne äußere Energiezufuhr drehen, dann wäre das
ein Perpetuum Mobile.

Wo ist der Haken?

Der Haken ist da:
Haben sich die Moleküle an dem Flügelrad ausgekickt und Ihren Impuls abgegeben, haben sie keine Energie mehr und sind kalt.
Die Moleküle bewegen sich nach einiger Zeit nicht mehr, wenn die Energie entnommen wurde.
Damit es läuft, müsste man wiederum Energie in Form von Temperatur hinzufügen und die Moleküle sausen und stoßen wieder.
Der Wikipediaartikel ist nur teilweise sachlich. Wozu brauche ich einen Temperaturuntersched zwischen Flügelrad und Ratsche?
Mein Tip wäre es, den Begriff Perpetuum Mobile der 2. Art vollständig zu vermeiden. Nach meiner Meinung ist es lediglich eine Frage der Dimensionierung der Teile und der Konstruktion, bis man Temperatur ohne anfängliche Temperaturunterschiede als Energie ausnutzen kann.
Eventuell ist der konstruktive Aufwand dafür zu groß, aber das steht wieder auf einem anderen Blatt.

MfG
Matthias

#3

Hi…

„Eine molekulare Ratsche oder auch Brownsche Ratsche ist eine
Nanomaschine, die aus brownscher Molekularbewegung (also aus
Wärme) gerichtete Bewegung erzeugt. Dies kann nur
funktionieren, wenn von außen Energie in das System gebracht
wird.“

wenn aber das Ratschenrad sich im Vakuum befindet, und das
Flügelrad sich in einem Gas befindet, müsste sich das
Flügelrad auch ohne äußere Energiezufuhr drehen, dann wäre das
ein Perpetuum Mobile.

Wo ist der Haken?

Zum einen ist das technisch nicht machbar. Wichtiger ist aber folgendes:
Durch Wärmeleitung in der Achse und Reibung am Zahnrad und den Lagern wird die Ratsche erwärmt. Je wärmer sie ist, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit, daß der Haken allein durch die Bewegung der Moleküle, aus denen er selbst besteht, einen Zahn in der falschen Richtung überspringt. Da die Maschine sehr klein sein muß, um überhaupt zu funktionieren, reicht dafür relativ wenig Temperatur. Wenn man das Ganze nicht so oberflächlich wie ich jetzt angeht, kommt man darauf, daß die Maschine genau so lange läuft, wie die Temperatur des Zahnrad unter der des energieliefernden Gases liegt.

Wenn Du es genauer wissen willst, empfehle ich Dir Band 1 der „Feynman Lectures on Physics“ (gibt’s auch auf deutsch).

genumi

#4

Huhu!

wenn aber das Ratschenrad sich im Vakuum befindet, und das Flügelrad sich in
einem Gas befindet, müsste sich das Flügelrad auch ohne äußere Energiezufuhr
drehen, dann wäre das ein Perpetuum Mobile.

Wo ist der Haken?

Es gibt keinen Haken. Du hast nur kein Perpetuum Mobile.
Nur einen eleganten Weg z.B. Proteine zu falten.
Du bist zwingend auf Brownsche Molekularbewegung angewiesen, und die gibt es in nennenswertem Rahmen erst bei Temperaturen, die höher sind als der interstellare Raum. D.h. du brauchst eine ständige Energiezufuhr. Auch wenn ein Teil des Apparates sich im Vakuum befindet. Und gasförmiges Gas, um das Flügelrad anzutreiben.

Du führst halt über eine feste Verbindung Energie zu. Das diese feste Verbinung so winzig ist, das du sie nicht sehen kannst, ist unerheblich.
Als Metapher: In einer alten Wassermühle wundert sich auch niemand, das sich da das Malwerk „ewig“ gedreht hat. Auch wenn man das Wasserrad nicht gesehen hat, war es trotzdem da. Die Atmosphäre, die du brauchst, um das Flügelrad anzutreiben ist der Bach.

Viele Grüße!
Ph.

#5

Hallo!

wenn aber das Ratschenrad sich im Vakuum befindet, und das
Flügelrad sich in einem Gas befindet, müsste sich das
Flügelrad auch ohne äußere Energiezufuhr drehen, dann wäre das
ein Perpetuum Mobile.

Ja, wäre es. Die Reibungswärme könnte dem Gas über Strahlung wieder zugeführt werden, so dass es sich ewig dreht. Wenn es nicht einen Haken gäbe.

Wo ist der Haken?

Der Haken ist der zweite thermodynamische Hauptsatz. Deshalb kann es nicht funktionieren.

Grüße

Andreas

#6

Hallo

Der Wikipediaartikel ist nur teilweise sachlich. Wozu brauche
ich einen Temperaturuntersched zwischen Flügelrad und Ratsche?
Mein Tip wäre es, den Begriff Perpetuum Mobile der 2. Art
vollständig zu vermeiden. Nach meiner Meinung ist es lediglich
eine Frage der Dimensionierung der Teile und der Konstruktion,
bis man Temperatur ohne anfängliche Temperaturunterschiede als
Energie ausnutzen kann.

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik in der Formulierung von Kelvin und Planck lautet:

Es gibt keine Zustandsänderung, deren einzige Ergebnisse das Abkühlen eines Körpers und das Heben eines Gewichtes sind.
http://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_T…

Eine Maschine, die dieses Gesetz verletzt, nennt man Perpetuum Mobile 2. Art. Und genau darum handelt es sich bei der drehenden Ratsche, wenn das Zahnrad nicht kälter ist als das Flügelrad.

sigterm

#7

Hallo Philip,

du schreibst:
Du bist zwingend auf Brownsche Molekularbewegung angewiesen, und die gibt es in nennenswertem Rahmen erst bei Temperaturen, die höher sind als der interstellare Raum.

Sind die Gaswolken im Weltall wärmer als der interstellare Raum?

Die Eigenschaft des Gases sind ja schwingende Moleküle, demnach dürfte es unterhalb einer bestimmten Temperatur überhaupt kein Gas mehr geben.

grüße von burri

#8

Huhu!

Sind die Gaswolken im Weltall wärmer als der interstellare
Raum?

Hmmm, der interstellare Raum hat eine Temperatur von ungefähr 3K.
Meines Wissens nach haben die meisten „Gaswolken“ im interstellaren Raum dieselbe Temperatur.

Die Eigenschaft des Gases sind ja schwingende Moleküle,
demnach dürfte es unterhalb einer bestimmten Temperatur
überhaupt kein Gas mehr geben.

Unter Schwerkrafteinfluss stimmt das auch. „Interstellare Gaswolken“ sind einfach sehr fein verteilte Materie, nicht so wirklich Gase wie auf einem Planeten.

Klar gibt es auch da brownsche Molekularbewegung, aber nur sehr, sehr langsame.
Und weil die Teilchen nicht wirklich dicht beieinander sind, auch nur sehr sehr selten.
Klar kannst du damit eine Molekulare Ratsche betreiben (wenn auch sehr, sehr langsam), aber damit hat man immer noch Perpetuum mobile, weil man immer noch eine äußere Energiequelle hat - die Gaswolke.

Viele Grüße!
Ph.