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.
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.
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