Ένας μικροσκοπικός κινητήρας δονείται τόσο έντονα, που η θερμοκρασία του φτάνει τα 16 εκατ. βαθμούς Kelvin.

Ερευνητές από το King’s College London κατάφεραν να δημιουργήσουν τον πιο θερμό κινητήρα στον κόσμο, μία επιτυχία που δεν αφορά απλώς την τεχνολογία, αλλά μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση των νόμων της θερμοδυναμικής. Χάρη στις μικροσκοπικές του διαστάσεις, ο κινητήρας αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των ιδιοτήτων των μορίων και των ατόμων.

Ακραίες θερμοκρασίες σε μικροσκοπικό επίπεδο
Η βάση του κινητήρα είναι ένα μικροσκοπικό σωματίδιο, μια γυάλινη σφαίρα διαμέτρου μόλις πέντε μικρομέτρων (εκατομμυριοστών του μέτρου), η οποία αιωρείται μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο, σε συνθήκες σχεδόν κενού. Τα ελάχιστα μόρια αέρα που παραμένουν λειτουργούν σαν το «ψυχρό μπάνιο» του συστήματος, ενώ οι εναλλαγές στο ηλεκτρικό πεδίο δημιουργούν ένα «θερμό μπάνιο», προκαλώντας έντονες δονήσεις στη γυάλινη σφαίρα.

Όπως διαβάζουμε στο IFL Science, στον μικρόκοσμο, η θερμοκρασία μετριέται από την ένταση της δόνησης των μορίων: όσο πιο γρήγορα δονείται ένα μόριο, τόσο υψηλότερη θεωρείται η θερμοκρασία του. Στην περίπτωση αυτού του κινητήρα, οι δονήσεις της σφαίρας ήταν τόσο έντονες που αντιστοιχούσαν σε 16 εκατομμύρια Kelvin, όση είναι και η θερμοκρασία του Ήλιου.

Μελλοντικές εφαρμογές
Η μελέτη προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τη συμπεριφορά των θερμικών συστημάτων σε μικροσκοπική κλίμακα, αλλά τα αποτελέσματα έχουν και κάποιες περίεργες ιδιαιτερότητες. Για παράδειγμα, όταν οι επιστήμονες προσέγγισαν το «ψυχρό μπάνιο» στο σχεδόν μηδενικό επίπεδο, η θεωρητική απόδοση του κινητήρα φάνηκε να ξεπερνά τα όρια της φυσικής, δείχνοντας ότι τα μαθηματικά μοντέλα χρειάζονται προσαρμογή σε τόσο ακραίες συνθήκες. Μια άλλη ασυνήθιστη παρατήρηση ήταν η δυνατότητά του να συμπεριφέρεται ξαφνικά σαν ψυγείο, κάτι που σε κανονικό όχημα θα ήταν ανησυχητικό, αλλά στον μικρόκοσμο αντιπροσωπεύει ένα φαινόμενο που αξίζει να διερευνηθεί.

Η ερευνητική ομάδα πιστεύει ότι η κατανόηση της συμπεριφοράς της ενέργειας σε τόσο μικρή κλίμακα θα ανοίξει τον δρόμο για καινοτομίες στη νανομηχανική και στην εφαρμοσμένη φυσική. Αν και ο συγκεκριμένος κινητήρας δεν έχει πρακτική χρήση σήμερα, η αξία του έγκειται στη γνώση που παρέχει για τη διαχείριση της θερμότητας και της κίνησης σε ακραίες συνθήκες. Μελετώντας τον τρόπο που η ύλη αντιδρά σε θερμοκρασίες και δονήσεις που θυμίζουν τον πυρήνα του Ήλιου, οι επιστήμονες μπορούν να σχεδιάσουν τις μελλοντικές νανοσυσκευές με μεγαλύτερη ακρίβεια και ασφάλεια.

Η μελέτη δημοσιεύεται στο Physical Review Letters.

flash.gr