El motor más popular del mundo revela la rareza de la física microscópica

El motor más popular del mundo es minúsculo, alcanza la eficiencia aparentemente imposible y podría aproximar las máquinas más pequeñas de la naturaleza.

Un motor termodinámico es la máquina más simple que puede revelar cómo las leyes de la física Dicta la transformación del calor en un trabajo útil. Tiene una parte caliente y una parte fría, que están conectadas por un “fluido de trabajo” que contrata y expande en ciclos. Mensaje de Molly y James Millen En King’s College London y sus colegas construyeron uno de los motores más extremos al usar un cordón microscópico de vidrio en lugar del fluido de trabajo.

Usaron un campo eléctrico para atrapar y levitar el cordón en una pequeña cámara hecha de metal y vidrio que estaba casi completamente desprovista de aire. A Ejecutar el motorcambiaron las propiedades del campo eléctrico para apretar o aflojar su “agarre” en el cordón. Las pocas partículas de aire sobrantes en la cámara actuaron como la parte fría del motor, mientras que los picos controlados en el campo eléctrico jugaron el papel caliente. Estos picos hicieron que la partícula se moviera brevemente mucho más rápidamente que las muy pocas partículas de aire que lo rodean. Debido a que las partículas más calientes se sacuden más rápido, por ejemplo, en un gas, la partícula de vidrio aquí se comportó como si su temperatura hubiera aumentado momentáneamente a 10 millones de kelvin, o alrededor de 2000 veces la temperatura de la superficie del sol, aunque habría sido fría al tocar.

Este motor de cuentas de vidrio funcionó de una manera muy inusual. Durante algunos ciclos parecía ser increíblemente eficiente, con el cordón de vidrio moviéndose más rápido de lo esperado dada la fuerza del campo eléctrico. Esto significaba que el motor efectivamente sacaba más energía de la entrada. Pero durante otros ciclos, la eficiencia se volvió negativa, como si el cordón fuera refrescante en condiciones que deberían haberlo hecho más caliente. “A veces crees que estás poniendo la energía correcta, estás poniendo los mecanismos correctos para ejecutar un motor de calor, y terminas ejecutando un refrigerador”, dice Message. La temperatura del perla también varió en función de su posición dentro de la cámara, lo que era inesperado porque el motor estaba construido para que el cordón tuviera la temperatura de la parte caliente o fría del motor.

Estas rarezas podrían atribuirse al tamaño del motor: era tan pequeña, incluso una sola partícula de aire que golpea al azar la cuenta podría cambiar radicalmente el funcionamiento del motor, incluido momentáneamente convertirlo en un refrigerador, dice Millen. Leyes tradicionales de la físicalo que prohibiría tal comportamiento, se mantiene en promedio, pero Los eventos extremos aún abundan. Millen dice que lo mismo es cierto para los componentes microscópicos de las células. “Podemos ver todos estos comportamientos termodinámicos extraños, que son totalmente intuitivos si eres una bacteria o una proteína, pero simplemente no intuitivas si eres un gran trozo de carne como nosotros”, dice.

Raúl rica en la Universidad de Granada en España dice que el nuevo motor no tiene una aplicación tecnológica inmediata, pero podría ayudar a los investigadores a comprender los sistemas naturales y biológicos más profundamente. También es un logro técnico, dice Loïc Rondin en la Universidad de París-Saclay en Francia. El equipo podría explorar muchas propiedades inusuales del mundo microscópico con un diseño relativamente simple, dice.

“Tenemos una gran simplificación de lo que sería un sistema biológico donde podemos hacer pruebas para validar alguna teoría”, dice Rondin. En el futuro, el equipo quiere usar el motor de esta manera, por ejemplo, para modelar cómo cambia la energía de una proteína cuando se pliega.