Wetenschappers creëren "de kleinste stoommachine ter wereld"

Anonim

Wetenschappers creëren '' s werelds kleinste stoommachine '

Wetenschap

James Holloway

16 december 2011

Principe van de microscopische motor (Diagram: Universiteit van Stuttgart)

Het klinkt ongeloofwaardig, maar toch zijn wetenschappers erin geslaagd om een ​​functionerende motor te creëren, analoog aan een Stirling-motor, slechts drie micrometer breed en gemaakt van een enkel deeltje. De minuscule motor werd gecreëerd door Clemens Bechinger en Valentin Blickle van de universiteit van Stuttgart, en hoewel het zijn eigenaardigheden heeft, heeft het paar blijkbaar het vermogen van de motor om werk te doen aangetoond.

"We hebben 's werelds kleinste stoommachine ontwikkeld, of beter gezegd de kleinste Stirling-motor, en ontdekten dat de machine echt werk verricht, " zei Bechinger. "Dit was niet noodzakelijk te verwachten, omdat de machine zo klein is dat de beweging ervan gehinderd wordt door microscopische processen die van geen betekenis zijn in de macroworld. "

Maar voordat we beelden oproepen van een microscopische machine met volledig werkende ovens en zuigers, is het belangrijk om te beseffen dat deze motor letterlijk bestaat uit een eenvoudig deeltje, een colloïdale kunststofkorrel, groot genoeg om met een microscoop te worden waargenomen.

Natuurlijk zijn zelfs traditionele Stirling-motoren niet afhankelijk van ovens zoals een gewone stoommachine. Een temperatuurverschil is alles dat nodig is. En in tegenstelling tot een stoommachine, wordt tijdens het gebruik geen gas geventileerd. In plaats daarvan gebruikt een Stirling-motor warme en koude kamers om gas uit te zetten en te comprimeren, en daarbij zuigers aan te drijven. Het is een machine die opmerkelijk stil en efficiënt is - waar een toepassing kan worden gevonden.

Met hun deeltjesmotor hebben Bechinger en Blickle de zuigers effectief vervangen door een laser, waarvan de intensiteit cyclisch fluctueert, waardoor de beweging van het deeltje in gecontroleerde uitbarstingen wordt belemmerd. Een tweede laser verwarmt het omringende water, waardoor het deeltje beweegt wanneer de eerste laser dit toelaat. In beweging voert het deeltje werk uit op het laserveld.

De hiervoor genoemde eigenaardigheden ontstaan ​​uit het feit dat het deeltje in water is gesuspendeerd. Als zodanig krijgt het deeltje een constante schok van de beweging van watermoleculen en deze botsingen dempen het nuttige werk dat de motor kan uitvoeren. De hoeveelheid energie die verloren gaat door dergelijke botsingen varieert per cyclus.

Ondanks het dempende effect beweren de onderzoekers van de Universiteit van Stuttgart dat hun motor even efficiënt is als een gewone Stirling-motor. Hoewel er tot nu toe geen directe praktische toepassing is, beweren de onderzoekers dat het aantoont dat er geen principe is dat de constructie van kleine, efficiënte motoren verhindert.

"Onze experimenten verschaffen ons een eerste inzicht in de energiebalans van een hittemotor die werkt in microscopisch kleine afmetingen, " voegde Bechinger toe. "Hoewel onze machine tot nu toe geen nuttig werk levert, zijn er in principe geen thermodynamische obstakels die dit in kleine afmetingen verbieden. "

Is dit een Stirlingmotor in de meest strikte zin? Je zou niet kunnen zeggen, maar het is op zijn minst een verhelderende analogie om een ​​opmerkelijke doorbraak in micro-engineering te beschrijven.

Principe van de microscopische motor (Diagram: Universiteit van Stuttgart)