Natuurkundigen hebben aangetoond dat energiekwantisatie de efficiëntie van een warmtemotor met één atoom kan verbeteren om de prestaties van zijn klassieke tegenhanger te overtreffen. Energie kwantificering, waarin de energieniveaus van een systeem alleen in discrete waarden voorkomen, is een typisch kenmerk van kwantumsystemen en verschilt van de continue energieniveaus die voorkomen in klassieke systemen.

de fysici, David Gelbwaser-Klimovsky aan de Harvard University en coauteurs, hebben een paper gepubliceerd over het gebruik van energiekwantisatie om de prestaties van warmtemachines te verbeteren in een recent nummer van: Fysieke beoordelingsbrieven .

In hun werk, de onderzoekers vergeleken de prestaties van klassieke en kwantumwarmtemachines, die warmte omzetten in arbeid. In de klassieke versie is een samendrukbare werkstof (meestal een gas) is vereist voor gebruik. Wanneer de werksubstantie wordt verwarmd, het zet uit en drijft de mechanische beweging van de motor aan. In praktijk, het kan experimenteel uitdagend zijn om de grote compressieverhoudingen te bereiken die nodig zijn voor hoge prestaties. Echter, in de kwantumversie met gekwantiseerde energieniveaus, de warmtemotor heeft geen samendrukbare werkstof nodig, maar kan in plaats daarvan functioneren met onsamendrukbare werkstoffen.

Dus over het algemeen bij het overwegen van energiekwantisatie in een warmtemotor, de klassieke paradigma's vallen uiteen en grote compressieverhoudingen zijn niet langer nodig om zeer efficiënte warmtemotoren te verkrijgen. Zoals de wetenschappers hebben aangetoond, de juiste manipulatie van energieniveaus leidt tot hogere efficiënties en opent de deuren naar het realiseren van warmtemachines die klassiek ondenkbaar zijn.

De natuurkundigen toonden ook aan dat, hoewel energiekwantisatie de efficiëntie van de warmtemotor kan verbeteren, de efficiëntie is nog steeds onderhevig aan de Carnot-limiet - de fundamentele limiet voor de efficiëntie van een warmtemotor. In aanvulling, de prestatieverbetering treedt alleen op wanneer de gekwantiseerde energieniveaus inhomogeen worden geschaald, dat is een regime dat tot nu toe weinig aandacht heeft gekregen. In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan dit regime verder te onderzoeken, evenals het verkennen van verschillende soorten werkstoffen, zoals die samengesteld uit op elkaar inwerkende of niet te onderscheiden deeltjes.

© 2018 Fys.org