16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/196/13959.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 08 (196) апрель 2012 года

Самый маленький двигатель Стирлинга

Физики из университета Штутгарта и института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) решили выяснить, что произойдет, если основные детали тепловой машины сократить до микрометровых размеров.

Ведь тогда они начнут принимать участие в хаотичном броуновском движении.

«Мы разработали самый маленький паровой двигатель в мире, а если быть более точным – наименьший двигатель Стирлинга, и обнаружили, что он действительно выполняет работу, – говорит один из авторов эксперимента Клеменс Бехингер. – Этого не обязательно следовало ожидать. Ведь машина настолько мала, что ее движение затруднено из‑за микроскопических процессов, которые не имеют значения в макромире».

Рабочий газ в необычном аппарате немцы заменили на единичную коллоидную частицу. Сделана она была из пластика, а диаметр ее составил всего три микрометра. Шарик этот плавал в воде.

В роли поршня выступал регулируемый лазерный луч оптической ловушки. Его поле ограничивало перемещение шарика в большей или меньшей степени, так же как поршень определяет сжатие и расширение газа в обычном стирлинге.

Роль внешнего нагревателя сыграл второй лазерный луч, который мог быстро включаться и выключаться. В силу очень малого объема порция воды и плавающий в ней шарик также быстро нагревались и охлаждались.

Из-за крошечного размера и легкости частицы молекулы воды хаотично подталкивали ее в разных направлениях. При этом обмен энергией пластикового шарика с внешней средой, как посчитали экспериментаторы, оказывался одного порядка с энергией, получаемой от луча.

По всему выходило, что шарик впитывал от цикла к циклу существенно разное количество энергии. А это могло не только сделать ход машины неравномерным, но и застопорить ее. Тем не менее построенная система сумела нормально заработать и даже показала эффективность, сопоставимую с эффективностью макроскопического стирлинга.

Физики поясняют, что таким способом они исследуют ограничения, которые накладывает на классическую термодинамику малый масштаб элементов системы. Полученные сведения помогут в проектировании практически пригодных микромашин.

Кроме того, по значению такой эксперимент сравним с опытами над микро- и наноразмерными объектами, при помощи которых ученые пробуют нащупать границу между классической и квантовой физикой.

Любопытно также, что броуновское движение, рассматриваемое Клеменсом с коллегами как помеха, в реализованном демоне Максвелла выступало как источник полезной работы. При этом на функционирование устройства огромное влияние тоже оказывал именно крохотный масштаб его частей.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 08 (196) апрель 2012 года:

  • Энергетики стали учителями
    Энергетики стали учителями

    Открытые уроки проводятся по распоряжению директора «Карел­энерго» для предупреждения травматизма детей на объектах электросетевого комплекса. Центр временного содержания несовершеннолетних Поначалу мальчишки настороженно встретили начало занятий – судя по хмурому виду, с которым начали смотреть предложенные видеоматериалы. Однако постепенно втянулись и уже начали отвечать на вопросы, которые в ходе своей лекции задавал ведущий инже...

  • Заместителя мэра Улан-Удэ приняли на работу в ТГК-14
    Заместителя мэра Улан-Удэ приняли на работу в ТГК-14

    ОАО «ТГК-14» сообщило о новом назначении, возможность которого обсуждалась с середины марта. ...

  • От силового оборудования до административных нужд: вопрос энергоэффективности

    Энергоэффективность перестала быть просто лозунгом: российский внутренний рынок должен перейти на правила рыночной тарификации, а это означает неизбежность роста тарифов. С другой стороны, тратить на энергоресурсы при низких тарифах больше, чем это происходит в Европе, где электроэнергия обходится потребителям дороже – это тоже явный перебор с энергопотерями. Единственное, чему не стоит верить – это наличию такого универсального пути, к...

  • Микроэлектроника – драйвер высокотехнологичного развития

    В московском «Экспоцентре» 15‑16 мая 2012 года состоится ведущая международная выставка оборудования, материалов, технологий и услуг для полупроводниковой промышленности – SEMICON Russia 2012. ...

  • ММЭФ: от глобализации к конкретным темам
    ММЭФ: от глобализации к конкретным темам

    ЧТО: X Московский международный энергетический форум (ММЭФ-2012) «ТЭК России в XXI веке». ГДЕ: Москва, Центральный выставочный зал «Манеж». СОСТОЯЛОСЬ: 4‑7 апреля 2012 года. ...