De minsta motorerna revolutionerar framtidens värmemotorer!

De minsta motorerna revolutionerar framtidens värmemotorer!

I en banbrytande upptäckt har forskare vid universitetet i Stuttgart hittat sätt att överträffa det termodynamiska paradigmet. Professor Eric Lutz och Dr. Milton Aguilar publicerade i sin artikel i Science Advances att det kan vara möjligt att utveckla mikromotorer som inte är större än en atom. Dessa motorsystem har potential att uppnå maximal verkningsgrad som överstiger de för kända värmemotorer som förbränningsmotorer och ångturbiner. uni-stuttgart.de rapporterar att sådan utveckling har möjliggjorts, särskilt under de senaste åren, genom miniatyriseringen av värmemotorer i mikroskala.

Skapandet av dessa nya mikromotorer är baserat på kombinationen av kvantmekanik och termodynamik. Enligt analysen av kvantmekaniska värmemaskiner, som i scisimple.com studerat interagerar dessa maskiner med varma och kalla miljöer för att effektivt omvandla termisk energi till mekaniskt arbete.

Kollektiva system och deras fördelar

En central aspekt av denna forskning är kvantsystemens kollektiva beteende. Istället för att titta på enskilda partiklar syftar forskningen till att studera system som består av många partiklar. Dessa oskiljbara kvantpartiklar kan påverka varandra och därigenom avsevärt öka maskinernas effektivitet och prestanda. Det visas till exempel att utbytessymmetrin mellan bosoner och fermioner leder till olika prestandaresultat, vilket är viktigt i en typisk termisk uppställning.

Vidare fann man att temperaturskillnader mellan värmebaden kan påverka partiklarnas energinivåer och därmed direkt öka värmemotorns effektivitet. Forskningen tar också upp de utmaningar som uppstår när man analyserar samspelet mellan partiklar och yttre fält. Forskare förväntar sig att dessa fynd kan leda till ny teknik inom kvantberäkning såväl som förbättrade termiska maskiner.

Kvantmotorer och deras tillämpning

Ett annat betydande framsteg inom detta område är den framgångsrika utvecklingen av en kvantmotor. Ett team av forskare manipulerade fermioner så att de slogs samman i par för att bilda bosoner. Detta gör det möjligt att använda kvantmekanik för att köra en motor, vilket visades som ett "proof of concept". Kvantmotorn uppvisar redan jämförbar prestanda med standardmaskiner, med ett högre antal partiklar som ökar energiutbytet. Denna utveckling kan ha omfattande tillämpningar inom fasta tillståndets fysik, särskilt supraledare. pro-physik.de

Sammantaget visar det att forskning om kvantmekanik och tillhörande värmemotorer inte bara ifrågasätter grundläggande fysikaliska principer, utan också har potential att främja tekniska innovationer inom många områden. Men för att maximera dessa framsteg behövs fortfarande intensiva vetenskapliga diskussioner om den teoretiska modelleringen och praktiska tillämpningarna av dessa nya koncept.