Motor mais pequeno do mundo Steam: motor térmico medindo apenas alguns micrômetros de obras, bem como seu maior contrapartida, embora sputters

Um motor Stirling no micromundo: Em um motor de tamanho normal, um gás se expande e contrai em diferentes temperaturas e, assim, se move um pistão em um cilindro. Físicos em Estugarda criaram este ciclo de trabalho com um plástico pequena pérola que eles preso no foco de um campo de laser.

Motor mais pequeno do mundo Steam: motor térmico medindo apenas alguns micrômetros de obras, bem como seu maior contrapartida, embora sputters

ScienceDaily (11 de dezembro de 2011) - O que seria um caso para a loja de reparo de um motor de carro é completamente normal para um motor de micro. Se ele arrebentar, isso é causado pelos movimentos térmicos das menores partículas, o que interfere com a sua execução. Pesquisadores da Universidade de Stuttgart e com sede em Stuttgart Max Planck Institute for Intelligent Systems já observou isso com um motor de calor na escala de micrômetros. Eles também determinaram que a máquina realmente executar o trabalho, considerando todas as coisas. Embora isso não pode ser usado como ainda, o experimento realizado pelos pesquisadores em Stuttgart mostra que um motor faz basicamente o trabalho, mesmo que seja em microescala. Isto significa que não há nada, em princípio, para evitar a construção de altamente eficiente, motores de calor pequeno.

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A tecnologia que funciona em larga escala pode causar problemas inesperados em um pequeno. E estes podem ser de natureza fundamental. Isto é porque as leis diferentes prevalecer no micro-mundo macro e. Apesar das leis diferentes, alguns processos físicos são surpreendentemente semelhantes em ambas as escalas grandes e pequenos. Clemens Bechinger, Professor da Universidade de Stuttgart e Fellow do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes, e seu colega Valentin Blickle já observou uma dessas semelhanças.

"Nós desenvolvemos o motor mais pequeno do mundo a vapor, ou para ser mais preciso o menor motor Stirling, e descobriu que a máquina realmente executar o trabalho", diz Clemens Bechinger. "Este não era necessariamente de se esperar, porque a máquina é tão pequena que seu movimento é dificultado por processos microscópicos que são de nenhuma conseqüência no mundo macro." Os distúrbios causam a micromáquina a funcionar áspero e, em certo sentido, por pulverização catódica.

As leis do micromundo ditou que os pesquisadores não foram capazes de construir o motor pequeno de acordo com o projeto de um de tamanho normal. Na máquina de calor inventado há quase 200 anos por Robert Stirling, um cilindro cheio de gás é aquecido e resfriado periodicamente para que o gás se expande e contrai. Isso faz com que um pistão executa um movimento com o qual pode conduzir uma roda, por exemplo.

"Nós sucesso diminuiu o tamanho das peças essenciais de um motor térmico, como o gás de trabalho e de pistão, com apenas alguns micrômetros e depois reuniu-os a uma máquina", diz Valentin Blickle. O gás trabalhando no experimento com sede em Stuttgart, portanto, não consiste de moléculas incontáveis, mas de apenas um talão de plástico individuais medindo apenas três micrômetros (um micrômetro corresponde a um milésimo de milímetro), que flutua na água.Uma vez que a partícula colóide é de cerca de 10.000 vezes maior do que um átomo, os pesquisadores podem observar o seu movimento diretamente em um microscópio.

Os físicos substituíram o pistão, que move periodicamente cima e para baixo em um cilindro, por um feixe de laser focalizado cuja intensidade é periodicamente variadas. As forças óptica do laser limitar o movimento da partícula de plástico para um maior e menor grau, como a compressão e expansão do gás no cilindro de um motor térmico de grande porte. A partícula, então, trabalhar no campo do laser óptico.Para que não as contribuições para o trabalho a anular-se mutuamente durante a compressão e expansão, estes devem ter lugar em diferentes temperaturas. Isto é feito através do sistema de aquecimento a partir do exterior durante o processo de expansão, assim como a caldeira de uma máquina a vapor. Os pesquisadores substituíram o fogo de carvão de um motor a vapor à moda antiga, com um feixe de laser, ainda, que aquece a água de repente, mas também permite arrefecer tão logo esteja desligado.

O fato de que a máquina Stuttgart corre áspero é baixo para as moléculas de água que circundam o talão de plástico. As moléculas de água estão em constante movimento devido a sua temperatura e continuamente se chocam com a micropartículas. Nestas colisões aleatórias, a partícula de plástico constantemente trocas de energia com o meio envolvente na mesma ordem de grandeza que o micromáquina converte energia em trabalho. "Este efeito significa que a quantidade de energia obtida varia muito de ciclo para ciclo, e ainda traz a máquina a uma paralisação no caso extremo", explica Valentin Blickle. Desde que as máquinas macroscópica converter cerca de 20 ordens de magnitude mais energia, as energias de colisão minúscula das menores partículas neles não são importantes.

Os físicos são todos os mais admirados de que a máquina converte tanta energia por ciclo, em média, apesar do poder diferentes, e até mesmo corre com a mesma eficiência como o seu homólogo macroscópica a plena carga. "Nossos experimentos nos fornecer uma visão inicial para o balanço energético de uma máquina operando em dimensões microscópicas. Embora a nossa máquina não fornece nenhum trabalho útil por enquanto, não existem obstáculos termodinâmica, em princípio, que proíbem isso em pequenas dimensões, ", diz Clemens Bechinger. Esta é certamente uma boa notícia para a concepção de confiança, micromáquinas altamente eficiente.