Термо движки являются одним из самых всераспространенных типов движков в истинное время. Эти движки вращают турбины генераторов термических электростанций, движки внутреннего сгорания принуждают двигаться наши авто, турбореактивные движки разрешают самолетам летать в небе, а ракетные движки поднимают галлактические аппараты в открытое галлактическое место. В большинстве собственном термо движки, за редчайшими исключениями, имеют огромные габариты и вес, который может измеряться сотками, тыщами и десятками тыщ килограмм. И в течение всякого собственного рабочего цикла такие движки то нагревают, то охлаждают триллионы триллионов молекул рабочего вещества, термическая энергия которого преобразуется в энергию механического движения. А не так давно, ученые-физики из Германии сделали то, что можно именовать самым небольшим термическим движком в мире. Ведь в нем применена только единственная крохотная частичка — ион кальция.
Этот атомарный термический движок имеет очень малую мощность для того, чтоб вынудить двигаться что-либо, различимое глазом человека. Но, согласно Джейкобу Тэйлору, физику из южноамериканского Государственного института эталонов и технологий (National Institute of Standards and Technology), «таковой атомарный движок может употребляться при проведении исследовательских работ в области статической физики, в области перемещения термических потоков и в микроскопичных микроэлектромеханических системах».
Хоть какой термический движок служит для преобразования термический энергии в кинетическую энергию механического движения. Это получается из-за перемещения тепла от наиболее жарких частей, к наиболее прохладным, либо термического расширения рабочего тела, что, например, толкает поршень в движках внутреннего сгорания. В качестве рабочего тела и сразу поршня атомарного термического мотора, сделанного германскими учеными, употребляется ион кальция. Источником энергии этого мотора является электромагнитный шумовой сигнал, а с помощью луча лазерного света создается область с низкой температурой.
Ион кальция (атом с одним искусственно удаленным электроном) помещен в воронкообразную электронную ловушку, длиной в 8 мм, создаваемую потенциалом, приложенным к четырем электродам. Ион греется с помощью шумового электромагнитного сигнала, излучаемого еще 4-мя электродами, выступающими в роли собственного рода антенн. Действие энергии шумового сигнала принуждает атом кальция колебаться с большей амплитудой и он {перемещается} в строну наиболее широкого конца ловушки. Опосля отключения источника сигнала атом под действием луча лазерного света начинает охлаждаться, амплитуда его колебаний равномерно миниатюризируется и он опять {перемещается} к «узенькой» стороне ловушки, где электронное поле имеет самую высшую напряженность. И этот цикл повторяется опять, заставляя ион совершать повторяющиеся перемещения.
Подобрав нужные характеристики излучения источника шумового сигнала, определив четкие моменты его включения и выключения, ученые настроили работу атомарного термического мотора так, что частота колебаний иона стала равной резонансной частоте ловушки. Когда эти частоты совпали, атом начал колебаться с повышением амплитуды при любом цикле и опосля этого энергию его движения уже сделалось можно применять в каких-то целях.
В истинное время лишная энергия движения атома поглощается с помощью действия луча света еще 1-го лазера. Но, эту энергию можно применять для приведения в действие крохотного электронного генератора. Энергия 1-го колебания атома составляет 10^-24 Джоуля и для того, чтоб получить важное количество электронной энергии будет нужно синхронная работа миллионов таковых атомарных термических движков.
Но, не создание мотора было целью исследовательских работ ученых. «Нашей главной целью являлось получение доказательства тому, что законы термодинамики соблюдаются и при уменьшении масштаба системы до уровня отдельных атомов» — пишут исследователи, — «Приобретенные нами экспериментальные значения мощности, эффективности и остальных энергетических характеристик работы мотора оказались очень близки к значениям, приобретенным с помощью теоретических расчетов».
Самым увлекательным, согласно воззрению Джейкоба Тэйлора, будет то, что данные опыты открывают путь к исследованию работы термических движков на квантовом уровне, на уровне, где действующие законы и принципы различаются от законов и принципов традиционной физики. В сегодняшнем движке в любом цикле атом кальция поглощает энергию эквивалентную энергии примерно 1000 фононов, квазичастиц, переносящих тепло. «Но 1000 фононов — это очень много для того, чтоб следить настоящие квантовые явления. И это количество обязано быть абсолютно снижено для того, чтоб мы смогли найти любые отличия от законов традиционной термодинамики».
Источник: