Menor motor do mundo: rumo a novos tipos de motores
Este não é apenas o menor motor do mundo: segundo seus criadores, é o "menor motor que pode
existir".
Quem garante é Johannes
Robnagel e seus colegas da Universidade de Mainz, na Alemanha, que não apenas
construíram o motor térmico usando um único átomo, mas também conseguiram medir
com precisão sua produção de energia.
Motores de calor, que
convertem energia térmica em trabalho mecânico, têm desempenhado um papel
central na sociedade desde a revolução industrial - pense nos motores de
automóveis e nos motores a jato, por exemplo.
Com a onda de miniaturização,
os engenheiros têm testado os limites à construção desses dispositivos -
Robnagel e seus colegas chegaram agora à escala de um único átomo, uma barreira
que eles acreditam ser intransponível.
Motor de um único átomo
Para fabricar o motor
monoatômico, os pesquisadores pegaram um íon de cálcio - um átomo de cálcio
eletricamente carregado - e o submeteram a duas temperaturas diferentes durante
um único ciclo.
O íon é resfriado por um feixe
de laser, dirigido constantemente para ele, e é aquecido pela oscilação de um
campo elétrico. Isto cria um movimento axial semelhante ao de um êmbolo de um
motor a vapor.
As medições da
produção de energia apontaram cerca de 3,4 × 10-22 joules por segundo (J/s).
Trazido para a macroescala, isso seria equivalente a 1,5 kilowatt por
quilograma (kW/kg), mais ou menos a mesma eficiência de um motor de carro
típico, escreve a equipe.
"Revertendo o ciclo, nós
podemos até mesmo usar o dispositivo como um refrigerador de um único átomo e
empregá-lo para resfriar nanossistemas que estejam acoplados a ele," disse
Robnagel.
Termodinâmica quântica
O principal objetivo do
trabalho é que a criação de um motor nessas dimensões fornece insights sobre a
termodinâmica em nanoescala - no nível das partículas individuais -, que é
atualmente um tema que tem atraído muita atenção dos físicos.
Há várias Segundas Leis da
Termodinâmica em nanoescala
Segundo a equipe, já estão em
andamento planos para baixar a temperatura de funcionamento do nanomotor a fim
de investigar os efeitos quânticos termodinâmicos.
Em teoria, é possível aumentar
a potência de um motor de calor em nanoescala ligando-o a um banho de calor
quântico, proporcionando assim uma ampla gama de possibilidades experimentais,
que podem ampliar os limites aceitos pela termodinâmica clássica e,
eventualmente, abrir o caminho para a construção de novos tipos de motores.
Bibliografia:
A single-atom heat engine
Johannes Robnagel, Samuel T.
Dawkins, Karl N. Tolazzi, Obinna Abah, Eric Lutz, Ferdinand Schmidt-Kaler,
Kilian Singer
Science
Vol.: 352 ISSUE 6283 - 325-329
DOI: 10.1126/science.aad6320
Redação do Site Inovação
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