Prototipo de motor térmico ion único creado

 Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) y la Universidad de Erlangen-Nuremberg están trabajando en un motor térmico que consiste en un solo ion. Dicho motor de nano-calor podría ser mucho más eficiente que, por ejemplo, un motor de automóvil o una planta de energía de carbón. Un motor térmico habitual transforma el calor en energía mecánica utilizable con la eficiencia de un importe correspondiente motor Otto de sólo alrededor de 25 por ciento, por ejemplo.El motor de nano-calor propuesto que consiste de un solo ion de calcio sería mucho más eficiente. El objetivo principal de la investigación que se llevó a cabo es entender mejor cómo funciona la termodinámica en escalas muy pequeñas. Un prototipo experimental de un motor de calor tales-ion solo se está construyendo actualmente en la Universidad de Mainz.Como los físicos explican en un artículo publicado recientemente en la revista Physical Review Letters , la eficiencia de los motores de calor alimentados por depósitos térmicos de calor está determinada por la segunda ley de la termodinámica, uno de los conceptos fundamentales de la física. Fue ya en 1824 que el francés Nicolas Carnot calcula el límite de la eficiencia máxima posible de este tipo de motores, que ahora se conoce como el límite de Carnot. En el caso del motor de nano-calor recientemente propuesta, los científicos han sido teóricamente capaz de superar el límite de Carnot clásico mediante la manipulación de los baños de calor y la explotación de los estados nonequlibrium.
Los cálculos y las simulaciones realizadas hace un año mostraron por primera vez que el flujo termodinámico de un motor de combustión interna puede ser reproducida usando iones individuales. La idea era usar un 40 iones de calcio, que tiene un diámetro un millón de veces menor que el de un cabello humano, para este propósito."Iones individuales, básicamente, pueden actuar como el eje del pistón y la unidad o, en otras palabras, representan todo el motor", explicó Johannes Rossnagel del Quantum, Atómica y Física de Neutrones (QUANTUM) Grupo de trabajo del Instituto de Física JGU. Iones individuales ya han sido capturados en las trampas de Paul y, utilizando haces de láser y campos eléctricos, no sólo se enfría y se calienta, sino también comprimido. "Esto significa que son capaces de manipular la distribución de la ubicación de impulsos para una eficiencia óptima", añadió Rossnagel. "Exceder el límite de Carnot para un motor térmico norma así no viola la segunda ley de la termodinámica, sino que demuestra que el uso de preparados especialmente, reservorios de calor no térmicos también hace que sea posible mejorar aún más la eficiencia." En su publicación, los físicos calculan el límite general de Carnot para esta situación. Como la capacidad mecánica de una sola máquina de iones es muy baja, puede probablemente sólo ser utilizado en la calefacción o la refrigeración de sistemas nano.
La intención es ahora para desarrollar realmente el motor de calor solo ion propuesto en experimentos iniciales y construir un prototipo en el laboratorio.