Это самый маленький мотор в мире, и он работает с таким атомом, как …

Да, вероятно, гораздо меньше, чтобы иметь возможность генерировать энергию для вас. Этот наименьший двигатель, основанный на цикле Карно, наконец стал реальностью через два года после того, как впервые был концептуализирован в Physical Review Letters в 2014 году. В статье авторы обсуждали, что новый нано-мотор способен работать в цикле Карно на молекулярном уровне это может быть на картах. Его эффективность также рекламировалась, чтобы быть значительно выше, чем обычный цикл Карно, описанный в «Термодинамике 101». В мире, где двигатели остаются такими же паршивыми и огромными, как и необходимыми, этот нано-двигатель вызвал большой интерес у кругов пары, которые привели к этой возможной конструкции.

Сначала нам нужно вернуться к циклу Карно и понять его принципы как легкое напоминание. Цикл Карно – это идеальный термодинамический двигатель, в котором эффективность рассчитывается путем выработки работы, деленной на общее количество подводимого тепла в систему. Тепловая машина использует концепцию цикла Карно для генерации циклической механической энергии для нас. Здесь тепло добавляется путем сжигания ископаемого топлива, в том числе большого количества молекул, которые сжигают и производят энергию.

Теперь этот нано-мотор не похож ни на один из тех, что вы когда-либо видели. Используйте линейную ловушку Пола, как показано на схеме ниже, для работы с одним отрицательно заряженным атомом кальция. Атом кальция обычно производит катион (Ca + 2), но для этого наномотора мы инвертируем его и используем в качестве аниона. Когда атом помещается внутрь ловушки, как показано ниже, большая отрицательная сила вводится с отрицательной стороны. Лазер действует как горячий депозит и ускоряет атом в отрицательное поле. Два отрицательных элемента отталкивают друг друга, и, следовательно, тепловая энергия индуцируется в атоме и продвигает ее к большей стороне двигателя. Впоследствии атом охлаждается с помощью доплеровского охлаждения с помощью другого лазера, который фактически является холодным резервуаром системы и возвращает его в исходное положение. В этом двигателе атом – это, по сути, двигатель и само топливо. Результирующий цикл также заставляет его вибрировать невероятно сильно, как любой другой двигатель.

Хотя весь двигатель кажется бесполезным, в глазах исследователей это не так, поскольку они уже подумали, что делать дальше. Роснагель так говорит: «Если представить, что вы положили второй ион на более холодную сторону, он мог бы поглотить механическую энергию нашего мотора, как маховик [in a car engine]«Воспользовавшись энергией двигателя. В нем также отсутствует ограничение Карно, ограничивающее эффективность обычных приложений Карно. Здесь он превосходит более чем в два раза, так что это может означать светлое будущее для двигателей. Увеличение эффективности обусловлено переменным размером атома на разных стадиях термодинамического цикла. Это изменение размера позволяет ему вести себя как тип нагнетателя, в котором эффективность увеличивается за счет того, что в двигатель поступает больше топлива под давлением.

В результате этого замечательного развития нано-мотор смог генерировать мощность 3,4 × 10 ^ -22 джоулей в секунду, что вполне с учетом того, что масса атома кальция составляет 6,3 х 10 ^ -23 граммов. Невероятно, а?

Но просто чтобы быть в безопасности, двигатель никогда не нарушает никаких термодинамических законов и никогда не будет. Многие студенты путаются с законами и считают, что их можно игнорировать или обмануть, чтобы сделать двигатели более эффективными, но здесь это не так. Это просто двигатель, который меняет форму во время работы и дает ему преимущество, которое означает большую мощность в соответствии с термодинамическими циклами, на которых он основан. Законы термодинамики подобны гравитации и ядерным силам. Они настолько реальны, насколько могут быть, и мы можем только искать пробелы, чтобы облегчить наше окончательное требование, но они здесь, чтобы остаться. Мы ничего не можем с этим поделать!