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sábado, 13 de fevereiro de 2016

Este demônio fotônico parece violar a 2ª lei da termodinâmica

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Uma entidade hipotética proposta no meio do século 19 que parece violar a 2ª Lei da Termodinâmica foi implementada pela primeira vez em um a experiência fotônica executado na Universidade Oxford e publicada no Physical Review Letters.
A 2ª lei da termodinâmica, desde que foi descoberta, tem sido o objeto de desafio e ambição de cientistas, todos eles querendo de algum forma violar a mesma, tornando o impossível, possível.
Ainda no século 19, Maxwell imaginou um experimento que poderia derrotar a 2ª lei, o famoso Demônio de Maxwell. Mas para entender o que é o Demônio de Maxwell, é preciso entender um pouco o que é a esta lei.

A 2ª Lei da Termodinâmica

Tem várias formas de enunciar esta lei, a mais simples é que a entropia de um sistema fechado sempre aumenta, até chegar a um valor máximo.
Uma maneira de ver isso é que se você colocar em contato dois sistemas a temperaturas diferentes, a energia térmica vai fluir do mais quente ao mais frio até o equilíbrio ser atingido.
Esta lei é absoluta, sistemas fechados não experimentam nenhuma redução espontânea de entropia. Você só consegue obter um desequilíbrio se injetar energia no sistema, ou “não existe almoço grátis”.

O Demônio de Maxwell

Em 1867, o matemático James Clerk Maxwell imaginou um experimento que violaria a 2ª Lei da Termodinâmica. Se você pegar um recipiente de gás a certa temperatura, vai descobrir que as moléculas não estão todas com a mesma temperatura (ou energia cinética, velocidade). Algumas estão mais rápidas e outras mais lentas.
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Maxwell imaginou que se ele conectar dois destes recipientes por um buraco minúsculo com uma porta, e colocasse no comando desta porta um diabinho minúsculo (ei, era o século 19) que deixasse passar para um lado as moléculas mais rápidas, e para o outro lado as mais lentas, ele acabaria com um sistema em desequilíbrio térmico sem que para isso fosse necessário colocar nenhuma energia no sistema.
Neste ponto, ele poderia usar esta diferença de temperatura para obter trabalho. Uma das formas seria usar um êmbolo entre os dois recipientes e usar a diferença de pressão para levantar um peso, por exemplo. Um lanche grátis que não deveria existir.

O Demônio Fotônico de Maxwell

Na versão fotônica, os físicos substituíram as caixas com gás por dois pulsos de luz. O demônio de Maxwell é implementado na forma de uma chave com fotodetector. Se um pulso de luz é forte, ele é direcionado para um fotodiodo, e se for fraco, para outro fotodiodo.
O fotodiodo converte a luz em energia elétrica e direciona a mesma para um capacitor, um fotodiodo para um lado do capacitor, e o outro para o outro lado.
Se os pulsos forem idênticos, eles se cancelam, mas qualquer diferença fará com que o capacitor receba mais carga em um dos lados, carregando-o.
Por enquanto este demônio fotônico de Maxwell não tem uma aplicação prática. Ele poderia ser usado para carregar um capacitor ou uma bateria, mas existem formas mais eficientes de fazer isso.
Os autores do trabalho, Mihai D. Vidrighin e colegas da Universidade de Oxford, acreditam que a experiência vai servir muito mais para investigar as relações entre informação e energia do que para algo prático. Mas quem sabe? Os autores não descartam a possibilidade que o trabalho deles possa ser usado para algo prático, como melhorar a eficiência de sistemas de resfriamento.
Fonte: hypescience

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