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風水力發(fā)電

激光取代活塞開發(fā)出世界最小蒸汽機

星之球激光 來源:德國斯圖加特大學2012-04-06 我要評論(0 )   

德國斯圖加特大學和馬普學會智能系統(tǒng)研究所的研究人員正在研究微米尺度上的熱力發(fā)動機,他們已經(jīng)開發(fā)出世界上最小的蒸汽機,更精確的說是最小的斯特林發(fā)動機,相關(guān)研究...

  德國斯圖加特大學和馬普學會智能系統(tǒng)研究所的研究人員正在研究微米尺度上的熱力發(fā)動機,他們已經(jīng)開發(fā)出世界上最小的蒸汽機,更精確的說是最小的斯特林發(fā)動機,相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表于近期的《Nature Physics》雜志網(wǎng)絡(luò)版。

  經(jīng)過全面的考慮,他們還確定這種發(fā)動機能夠?qū)嶋H操作。盡管截至目前還沒有投入使用,但斯圖加特大學的研究人員已經(jīng)開展了一些試驗工作來顯示實際的基本工作情況。這意味著,理論上不存在建造高效的小型熱力發(fā)動機的障礙。

  和微觀尺度技術(shù)相比,大規(guī)模利用的技術(shù)可能會引起意想不到的問題?;谖⒂^和宏觀世界不同的準則,這可能是一個基本性質(zhì)。盡管準則不同,但大規(guī)模和小規(guī)模尺度上的一些物理過程有著驚人的類似之處。斯圖加特大學教授也是馬普學會智能系統(tǒng)研究所的研究員Clemens Bechinger和他的同事Valentin Blickle已經(jīng)觀察到這些相似點中的其中一點。

  微觀世界的準則決定,研究人員無法根據(jù)常規(guī)尺度的藍圖來構(gòu)建微小的發(fā)動機。Valentin Blickle提到,他們已經(jīng)成功地將熱力發(fā)動機的重要組成部分(如工作氣體和活塞)縮減到只有幾微米,然后將它們組裝到一臺機器中。在斯圖加特的實驗中,工作氣體不再由無數(shù)分子組成,而是由一個個只有3微米的塑料珠浮在水中,由于膠體粒子比原子大約10000倍,研究人員可以直接在顯微鏡下觀察它的運動。

  物理學家通過一種聚焦激光束(其強度定期變化),取代了在氣缸中上下往復運動的活塞。激光的光場力來限制塑料粒子的運動強度,就像熱力發(fā)動機汽缸中氣體的壓縮和膨脹。然后,粒子在激光場工作。為了使壓縮和膨脹階段不停止工作,這些必須在不同的溫度下進行。在膨脹過程,系統(tǒng)需要外部供熱,就像蒸汽機的鍋爐。研究人員進一步用一種激光束取代了老式蒸汽機的火力供熱,而且可以在關(guān)閉后迅速降溫。

  事實上,斯圖加特機器上塑料珠周圍環(huán)繞的水分子在運動中不斷與微粒碰撞。在這些隨機碰撞中,塑料粒子不斷地與周圍交換能量來通過這種能量做功。Valentin Blickle解釋到,這種效果就是通過不同周期循環(huán)獲得的能量也大有不同。

  但是,物理學家們驚奇地發(fā)現(xiàn),盡管這種發(fā)動機功率不同,但平均起來每個循環(huán)產(chǎn)生的能量一樣多,甚至可以和宏觀滿負荷情況下一樣的效率運行。Clemens Bechinger提到,他們的實驗提供一個微觀發(fā)動機運行時能量守恒的初步觀點。雖然他們的機器還不能提供任何有用的工作,但原則上沒有熱力學障礙。這對設(shè)計可靠的、高效的微型機械無疑是一個好消息。

 

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