أصغر المحركات تُحدث ثورة في المحركات الحرارية للمستقبل!

أصغر المحركات تُحدث ثورة في المحركات الحرارية للمستقبل!

في اكتشاف رائد، وجد الباحثون في جامعة شتوتغارت طرقًا لتجاوز النموذج الديناميكي الحراري. نشر البروفيسور إريك لوتز والدكتور ميلتون أغيلار في ورقتهما البحثية في Science Advances أنه قد يكون من الممكن تطوير محركات صغيرة لا يزيد حجمها عن الذرة. تتمتع هذه الأنظمة الحركية بالقدرة على تحقيق أقصى قدر من الكفاءة التي تتجاوز تلك الخاصة بالمحركات الحرارية المعروفة مثل محركات الاحتراق الداخلي والتوربينات البخارية. uni-stuttgart.de تشير التقارير إلى أن مثل هذه التطورات أصبحت ممكنة، خاصة في السنوات الأخيرة، بفضل تصغير المحركات الحرارية على المستوى المجهري.

يعتمد إنشاء هذه المحركات الصغيرة الجديدة على مزيج من ميكانيكا الكم والديناميكا الحرارية. وفقا لتحليل الآلات الحرارية الكمومية، كما في scisimple.com وبعد دراستها، تتفاعل هذه الآلات مع البيئات الساخنة والباردة لتحويل الطاقة الحرارية بكفاءة إلى عمل ميكانيكي.

النظم الجماعية ومزاياها

الجانب المركزي لهذا البحث هو السلوك الجماعي للأنظمة الكمومية. وبدلاً من النظر إلى الجسيمات الفردية، يهدف البحث إلى دراسة الأنظمة المكونة من العديد من الجسيمات. يمكن لهذه الجسيمات الكمومية التي لا يمكن تمييزها أن تؤثر على بعضها البعض، وبالتالي تزيد بشكل كبير من كفاءة وأداء الآلات. على سبيل المثال، تبين أن التماثل المتبادل بين البوزونات والفرميونات يؤدي إلى نتائج أداء مختلفة، وهو أمر مهم في الإعداد الحراري النموذجي.

علاوة على ذلك، وجد أن اختلافات درجات الحرارة بين الحمامات الحرارية يمكن أن تؤثر على مستويات الطاقة للجزيئات وبالتالي تزيد بشكل مباشر من كفاءة المحرك الحراري. ويتناول البحث أيضًا التحديات التي تنشأ عند تحليل التفاعلات بين الجسيمات والمجالات الخارجية. ويتوقع الباحثون أن هذه النتائج يمكن أن تؤدي إلى تقنيات جديدة في الحوسبة الكمومية وكذلك الآلات الحرارية المحسنة.

المحركات الكمومية وتطبيقاتها

هناك تقدم مهم آخر في هذا المجال وهو التطوير الناجح للمحرك الكمي. قام فريق من العلماء بالتلاعب بالفرميونات بحيث تندمج في أزواج لتكوين البوزونات. يتيح ذلك استخدام ميكانيكا الكم لتشغيل محرك، وهو ما تم عرضه على أنه "دليل على المفهوم". يُظهر المحرك الكمي بالفعل أداءً مشابهًا للآلات القياسية، مع وجود عدد أكبر من الجسيمات مما يزيد من إنتاجية الطاقة. يمكن أن يكون لهذه التطورات تطبيقات واسعة النطاق في فيزياء الحالة الصلبة، وخاصة الموصلات الفائقة. pro-physik.de

بشكل عام، يُظهر أن البحث في ميكانيكا الكم والمحركات الحرارية المرتبطة بها لا يشكك في المبادئ الفيزيائية الأساسية فحسب، بل لديه أيضًا القدرة على تطوير الابتكارات التكنولوجية في العديد من المجالات. ومع ذلك، لتعظيم هذه التطورات، لا تزال هناك حاجة إلى مناقشات علمية مكثفة حول النمذجة النظرية والتطبيقات العملية لهذه المفاهيم الجديدة.