Квантовые двигатели, созданные из взаимосвязанных частиц, имеют возможность преодолеть предел эффективности, установленный известным в XIX веке законом Карно. Это открытие внушает надежду на разработку совершенно новых типов высокоэффективных нанодвигателей.
Французский ученый Сади Карно около двухсот лет назад установил максимальный предел эффективности тепловых машин, опираясь на макроскопическую модель взаимодействия горячих и холодных тел. Этот известный закон стал основой второго закона термодинамики и изначально использовался для описания крупных механизмов, таких как паровые турбины, сообщает ScienceDaily.
Недавние исследования специалистов из Штутгартского университета продемонстрировали, что классический подход требует пересмотра в контексте работы мельчайших систем на атомном уровне. Особенно актуально это для молекулярных механизмов, элементы которых находятся в тесной физической взаимосвязи, что игнорируется традиционной термодинамикой.
Карно утверждал, что уровень эффективности тепловой машины напрямую зависит только от температуры окружающей среды. Чем больше разница температур между горячей и холодной средой, тем эффективнее машина может преобразовывать тепло в полезную работу. Однако эта простая зависимость перестает действовать, когда размеры системы уменьшаются до такой степени, что начинают проявляться квантовые свойства материи.
Немецкие исследователи впервые разработали новую теорию, учитывающую влияние тонких взаимодействий внутри субатомных структур. По их выводам, такие миниатюрные двигатели способны трансформировать не только обычную тепловую энергию. Они могут использовать дополнительную энергию, заключенную в квантовых связях между отдельными элементами конструкции. Таким образом, новый тип тепловых двигателей способен превзойти известные ранее пределы производительности, предложенные Карно.
Это открытие позволяет пересмотреть подходы к проектированию современных технологий и сулит прорыв в разработке маломощных, высокопроизводительных устройств нового типа. Такие мини-движки могли бы обеспечить энергией микросистемы различных назначений, от медицинского оборудования до инструментов, работающих с веществом на уровне отдельных атомов. Развитие данной технологии открывает перед человечеством целый ряд инновационных решений, которые значительно превосходят привычные представления о возможностях существующих машин.
Фото: hi-tech.mail.ru