Тепловой двигатель из одного иона  05-02-2014 20:33:32

Ученые Майнцкого университета Иоганна Гутенберга и Университета Эрлангена — Нюрнберга работают над тепловым двигателем, который состоит из всего одного иона. Такой нано-тепловой двигатель может быть гораздо эффективнее, чем, например, двигатель автомобиля или тепловая электростанция. Обычный тепловой двигатель преобразует тепло в механическую энергию с соответствующим кпд двигателя (до 25% на примере ДВС). Предлагаемый нано-тепловой двигатель, состоящий из одного иона кальция должен быть более эффективным. Основная цель исследования состоит в том чтобы лучше понять, как термодинамика работает в очень малых масштабах. Пилотный прототип такого одноионного теплового двигателя в настоящее время строится в университете в Майнце.

Эффективность тепловых двигателей определяется вторым законом термодинамики, одним из фундаментальных понятий в физике. Еще в 1824 французский ученый Николя Карно рассчитал максимально возможный предел эффективности таких двигателей. В случае нового предлагаемого нано-теплового двигателя, ученые теоретически в состоянии превышать классический предел эффективности Карно.

Расчеты и моделирование, сделанные около года назад показали, что термодинамический поток в двигателе внутреннего сгорания может быть воспроизведен с помощью отдельных ионов.

Идея заключалась в том, чтобы использовать для этой цели ион 40Ca, который имеет диаметр в миллион раз меньше, чем у человеческого волоса. "Отдельные ионы могут в выступать в качестве поршня и приводного вала или, другими словами, представлять собой весь двигатель. Отдельные ионы уже захватили в ловушку Пауля и, используя лазерные лучи и электрические поля, не только охлаждают и нагревают, но и сжимают. Это означает, что мы в состоянии управлять распределением местоположения импульсов для оптимальной эффективности ", пояснил ученый.

Поскольку механическая мощность машины из одного иона чрезвычайно мала, то, вероятно, может быть использована только в нагреве или охлаждении нано систем.

Ученые планируют построить прототип двигателя в лаборатории.