Sənaye

Bir atomda işləyən dünyanın ən kiçik mühərriki

Bir atomda işləyən dünyanın ən kiçik mühərriki

Fəlsəfə doktoru tələbə Johannes Roßnagel, digər fiziklər və mühəndislərlə iş birliyində bu yaxınlarda yaradılan ən səmərəli mühərrik olma potensialına sahib ola bilən, yalnız bir atomdan çıxan dünyanın ən kiçik mühərrikini yaratdı.

Ənənəvi termodinamika tipik mühərriklərin bir tondan çox olduğu bir dövrdə inkişaf etmişdir. Bununla birlikdə, kvant effektləri daha yaxşı başa düşüldükcə, tipik mühərrikləri tənzimləyən məlum məhdudiyyətləri, limitlərin artıq tətbiq olunmadığı olduqca kiçik mühərriklər aşa bilər.

Physical Review Letters-də dərc olunmuş bir məqalədə 2014-cü ildə ənənəvi istilik mühərriklərini tənzimləyən klassik Carnot limitindən ən az dörd qat daha yüksək bir səmərəliliyə sahib ola bilən bir nano mühərrik müzakirə edildi. Elm adamları, "maksimum gücdə 4 nisbətində Carnot sərhədlərini böyük ölçüdə aşaraq səmərəliliyin əldə edildiyini" iddia etdilər. Bununla birlikdə, bu yaxınlarda mühərrik bir reallığa çevrildi və onu yalnız bir atomla işləyən bir mühərrik yaradaraq dünyanın ən kiçik mühərriki olaraq qurdu.

Carnot həddi, istilik tarazlığını qorumaq üçün hazırlanmış iki istilik rezervuarı arasındakı iki temperatur fərqi ilə idarə olunan daxili yanma mühərriki üçün maksimum səmərəliliyin (işin nəticəsi, istilik enerjisinə bölünən) həddini təyin edir. İstilik mühərriki mexaniki işə (hərəkətə) çevrilən və ümumiyyətlə çox sayda hissəciklərin (kerosin, dizel, qaz və ya digər yanıcı maddələr kimi) yanması ilə yaradılan istilik enerjisindən (yanma) istifadə edir.

Təcrübəli tək atomlu istilik mühərriki mənfi yüklənmiş bir kalsium atomunu tutan xətti Paul tələsindən istifadə edir (aşağıdakı diaqrama bax). Atom, enerjisi az olduqda, böyük bir elektrostatik qüvvə və atomu sürətləndirərək isti rezervuar rolunu oynayan bir lazerlə tanış olduğu elektrodların qapalı ucuna çəkilir.

İki mənfi sahə bir-birini itələyir, atoma istilik enerjisi verir və mühərrikin böyük tərəfinə sürüşdürür. Daha sonra atom, Doppler soyutma yolu ilə konusun böyük tərəfindəki soyuq rezervuar rolunu oynayan başqa bir lazerlə soyudulur və buna görə də isti nöqtəyə doğru geri atılır. Atom bu dövrü təkrarlayır və inanılmaz dərəcədə sürətli titrəməsinə səbəb olur ki, bu da onu mühərrik və yanacağın bir hissəsidir (bir az lazer girişi ilə).

Enerji mühərrikdə yığılsa da, Roßnagel, "ikinci bir ionu soyuducu tərəfə qoyduğunuzu təsəvvür edirsinizsə, motorumuzun mexaniki enerjisini, bir volan kimi [avtomobil mühərrikində] mənimsəyə bilər" deyir. mühərrikin gücündən istifadə.

Nano mühərrik, dərin təsir göstərən bir xüsusiyyətə də sahibdir, Roßnagel'in iddia etdiyi kimi səmərəliliyi bu qədər artıra bilər, Carnot qanunu ilə müəyyən edilmiş mövcud məhdudiyyətlərin öhdəsindən gələ bilər - bir motora maksimum səmərəlilik aralığını verməli olan qanun. Atom qızdırıldıqca və soyudulduqca, ölçüsü o qədər də az dəyişir ki, atomun harada olma ehtimalını dəyişdirir.

Atom elektrodların içində sıx bir şəkildə yerləşdiyindən, temperatur dəyişikliyi, atomun ölçüsündə genişlənmə və büzülmə ilə irəli-geri titrəməyə məcbur edir. Atomu qızdıran və soyuyan lazerin tezliyi, maksimum səmərəliliyi əldə etmək üçün atomun təbii olaraq titrədiyi tezliyə uyğun gəlir. Ölçüləri dəyişən atomlar, mühərriki, super şarj cihazı kimi, Carnot Limitini böyük bir fərqlə aşma qabiliyyəti kimi bir təkan verir.

Atom qızdırıldıqca və soyudulduqca, ölçüsü o qədər də az dəyişir ki, atomun harada olma ehtimalını dəyişdirir. Atom elektrodların içində sıx bir şəkildə yerləşdiyindən, temperatur dəyişikliyi, atomun ölçüsündə genişlənmə və büzülmə ilə irəli-geri titrəməyə məcbur edir.

Atomu qızdıran və soyuyan lazerin tezliyi, maksimum səmərəliliyi əldə etmək üçün atomun təbii olaraq titrədiyi tezliyə uyğun gəlir. Ölçüləri dəyişən atomlar, mühərriki, super şarj cihazı kimi, Carnot Limitini böyük bir fərqlə aşma qabiliyyəti kimi bir təkan verir. Mühərrik saniyədə 3,4 × 10 ^ -22 joul gücündə bir güc çıxara bildi, bu da bir kalsium atomunun kütləsi 6.3 x 10 ^ -23 qram olduğu üçün olduqca təsir edicidir, inanılmaz dərəcədə səmərəlidir.

Mühərrik təsir edici olsa da, mühərrikin hər hansı bir fizika qanununu "poza biləcəyi" iddiaları ağır bir araşdırma və şübhə ilə qarşılanmalıdır. Sıxma metodunun tətbiqi mühərrikin səmərəliliyini artırsa da, effekti yaratmaq üçün lazım olan gücü, enerjinin bir hissəsini sərf edən bir iş gərəyi tələb edən qüvvəni nəzərə almaq lazımdır.

Eləcə də bax: GE TESTLƏR DÜNYANIN ƏN BÖYÜK JET MOTORU

Texnologiya təsir edicidir, lakin böyük həcmdə laboratoriya sahəsi tələb edən mühərriklərin tək ölçüləri mühərrikin tezliklə laboratoriya xaricində görünməsinə mane olacaqdır. Bəlkə də bir gün bu mühərriklər kvant kompüterlərini, nanobotları gücləndirməyə və ya bizə inanılmaz dərəcədə etibarlı bir enerji mənbəyi verməyə kömək edə bilər. Bununla birlikdə, texnologiya hələ enerji mənbəyi olaraq istifadə olunana qədər inkişaf yolları hələ var.

Maverick Baker tərəfindən yazılmışdır

Videoya baxın: Atom nedir? Atom Enerjisi Nasıl Oluşur? (Noyabr 2020).