Alman fizikçiler dünyanın en küçük çalışan motorunu geçtiğimiz günlerde yaptılar. Tek bir kalsiyum atomu ile güçlendirilen bu yeni motorun ortalama bir otomobil motoruna eşdeğer bir termodinamik verimliliğe sahip olduğu iddia ediliyor. Elbette burada boyut ölçeklemesi ile kıyaslama yapıldığı göz önünde bulundurulmalı. Neyse, bu ısı değişimi motorunda (stirling motoru) temel olarak, motorun sahip olduğu tek atom hem yakıt hem de güç kaynağı olarak davranıyor ve elektriksel gürültü ile ısınırken laser demeti ile de soğutulur. Dolayısıyla ısı değişimlerine göre çalışan bir motor üretilmiş olunur.
Isı değişim motorları tıpkı bir araba motorunda olduğu gibi termal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürürler ve bu sırada termodinamiğin birinci ve ikinci yasasına uyarlar. Sisteme uygulanan enerji ısının mekanik hareketine dönüştürülmesi sürecinde korunur ve verimlilik sınırlı olsa da enerji akışları gözlenir.
Aynı şekilde, bu yeni ufacık nano-dinamomuz ayrıca bir termodinamik döngüye girer, standart bir araba motorunun silindirlerinde meydana gelen sürece benzer şekilde üretilen enerji bir atom titreşimine dönüştürülür ve hem motor hem de enerji depolamada rol oynar.
Bu yeni motor aygıtının temeli fizikçi Wolfgang Paul’un adını alan Paul Tuzağı olarak bilinen bir olaya dayanıyor aslında. Almanya’da Johannes Gutenberg Üniversitesi’nde çalışan bilim insanları bu bahsedilen Paul Tuzağı olayına göre sivriltilen bir iyon tuzağındaki tek bir kalsiyum atomunu hapsedip yakalayarak bu dünyanın en küçük motorunu yapmış oldular. Bunun yanı sıra, sürekliliği sağlamak için bilim insanları bu tuzağı değişimli olarak sıcak ve soğuk rezervuarlarla (havuz) termal olarak eşlediler. Bu durumda, “sıcak” rezervuar Paul Tuzağı’nın en dış elektrodlarına uygulanan gerilim gürültü dalgaformlarının karşısında olurken, soğuk rezervuarlar ise atomda 397 nm dalgaboyuna sahip bir laser demeti ile oluşturuldu. Hassas aralıklarda ısıtma ve soğutma arasında anahtarlama yapılarak bu motor eksen yönünde harmonik bir osilasyon sağlamış oldu. Başka bir deyişle, ısıtma ve soğutma döngüleri ile bu atom ileri-geri hareket ettirilmiştir.
Kuantum fiziği açısından, bu sistem bazı değişikliklerle küçük kuantum makinelerin çalışmasına ve kuantum enerji iletim sistemlerinde tanımlanan kuantum eşfazlılık gibi termodinamik içindeki kuantum etkilerinin araştırılmasına olanak sağlayabilir.
Araştırma ile ilgili sonuçlara Science dergisinden ulaşabilirsiniz.
Ayrıca stirling motoru hakkında şu sayfaya ve Paul Tuzağı hakkında da bu sayfaya göz atabilirsiniz.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
Gizmag
https://tr.wikipedia.org/wiki/Stirling_motoru
Image Credit: JGU
