Fizičari izradili najmanji toplinski motor

Njemački znanstvenici QUANTUM grupe s Instituta fizike Johannes Gutenberg Sveučilišta u Mainzu i njihovi kolege teoretski fizičari sa sveučilišta Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, eksperimentiranjem su došli do najmanjeg motora na toplinsku energiju, koji dolazi u obliku jednog jedinog električno nabijenog atoma kalcija.

Znanstvenici navode kako su toplinski strojevi odigrali vrlo veliku ulogu u razvoju čovječanstva još od doba Industrijske revolucije, a u slučaju motora vozila, transformirali su termalnu energiju u mehaničku silu, pa bi naš moderni stil života danas bez njih bio nemoguć.

Znanstvenici pod vodstvom profesora Kiliana Singera, šefa projekta na Sveučilištu u Meinzu, koristili su takozvanu Paulovu stupicu, odnosno kvadropolnu ionsku stupicu koja predstavlja kombinaciju električnih ili magnetskih polja koja “zarobljavaju” ione u području vakuumskog sustava ili cijevi. Pomoću te stupice, zarobili su električno nabijeni atom kalcija. Taj se atom potom može zagrijati pomoću električno generirane "buke" i hladiti korištenjem laserske zrake, što kao posljedicu ima da je atom podložan termodinačkom ciklusu. To znači da se čestica kreće naprijed i nazad unutar stupice, čime replicira "udarce", odnosno rad običnog motora, a znanstvenici navode da osim što se ponaša poput motora, atom ujedno i pohranjuje energiju.

Znanstvenici su svoj "motor" izložili ekstenzivnim testovima kako bi utvrdili njegovo termodinamičko ponašanje, pa su tako ustanovili da je u stanju generirati energiju između 10 i 20 vata uz učinkovitost od 0,3 posto.

"Reverzijom ciklusa, mogli biste čak koristiti uređaj kao hladnjak od jednog atoma, te njime hladiti nanosustave s kojima bi bio uparen", navodi Johannes Roßnagel, glavni autor znanstvenog rada.

Znanstvenici navode da je glavni cilj kreiranja ovog nano-motora bio u tome što nam pruža uvid u termodinamiku na razini jedne pojedinačne čestice, što je trenutno vrlo vruća tema u današnjim znanstvenim istraživanjima.

Plan znanstvenika je da u idućim istraživanjima nastoje čim više spustiti operativnu temperaturu motora, kako bi mogli istraživati termodinamičke kvantne efekte, a konačni cilj je doći do novih učinkovitijih motora.

Izvor: University Mainz