Fysiker har visat att energikvantisering kan förbättra effektiviteten hos en värmemotor med en atom för att överstiga prestandan hos den klassiska motsvarigheten. Energikvantisering, där energinivåerna i ett system endast förekommer i diskreta värden, är ett kännetecken för kvantsystem och skiljer sig från de kontinuerliga energinivåerna som förekommer i klassiska system.

Fysikerna, David Gelbwaser-Klimovsky vid Harvard University och medförfattare, har publicerat en artikel om hur man använder energikvantisering för att förbättra värmemaskinernas prestanda i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

I deras arbete, forskarna jämförde prestanda för klassiska och kvantvärmemaskiner, som omvandlar värme till arbete. I den klassiska versionen, en komprimerbar arbetssubstans (vanligtvis en gas) krävs för drift. När arbetsämnet värms upp, den expanderar och driver motorns mekaniska rörelse. I praktiken, det kan vara experimentellt utmanande att nå de stora kompressionsförhållandena som krävs för hög prestanda. Dock, i kvantversionen med kvantiserade energinivåer, värmemotorn inte kräver ett komprimerbart arbetsämne, men kan istället fungera med inkomprimerbara arbetssubstanser.

Så totalt sett, när man överväger energikvantisering i en värmemotor, de klassiska paradigmen går sönder och stora kompressionsförhållanden behövs inte längre för att få högeffektiva värmemotorer. Som forskarna visade, lämplig manipulation av energinivåer leder till högre effektivitet och öppnar dörrarna för att förverkliga värmemaskiner som är klassiskt ofattbara.

Fysikerna visade också att även om energikvantisering kan förbättra värmemotorns effektivitet, effektiviteten är fortfarande föremål för Carnot -gränsen - den grundläggande gränsen för vilken värmemotor som helst. Dessutom, prestandaförbättringen sker endast när de kvantiserade energinivåerna är inhomogent skalade, som är en regim som hittills har fått liten uppmärksamhet. I framtiden, forskarna planerar att ytterligare undersöka denna regim, samt utforska olika typer av arbetssubstanser, såsom de som består av interagerande eller oskiljbara partiklar.

© 2018 Phys.org