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世界で最もホットなエンジンは顕微鏡物理学の奇妙さを明らかにします

極端なエンジンのアーティストの表現ミレンラボ 世界で最もホットなエンジンは極小で、一見不可能な効率に達し、自然の最も小さなマシンに近似する可能性があります。 熱力学エンジンは、物理学の法則が熱の有用な作業への変換をどのように決定するかを明らかにすることができる最も単純なマシンです。熱い部分と冷たい部分があり、サイクルで収縮して拡張する「作動流体」によって接続されています。キングスカレッジロンドンのモリーメッセージとジェームズミレンとその同僚は、作業液の代わりに顕微鏡ガラスビーズを使用して、これまでで最も極端なエンジンの1つを構築しました。 彼らは電界を使用して、空気がほとんどない金属とガラスで作られた小さなチャンバーでビーズを閉じ込めて浮上させました。エンジンを実行するために、電界の特性を変更して、ビーズの「グリップ」を締めたり緩めたりしました。チャンバー内の非常に少数の残りの空気粒子は、エンジンの寒い部分として機能し、電界の制御されたスパイクが熱い部分を演じました。これらのスパイクにより、粒子は、それを取り巻く非常に少ない空気粒子よりもはるかに迅速に動きました。より高温の粒子は、たとえばガスでは、より速く揺れるので、ここのガラス粒子は、その温度が1000万ケルビンに一瞬上昇したか、太陽の表面の温度の約2000倍に動作しましたが、触れるのは涼しいでしょう。 このガラスビーズエンジンは、非常に珍しい方法で動作しました。一部のサイクルでは、それは信じられないほど効率的であるように思われ、電界の強度を考えると、ガラスビーズが予想よりも速く動いていました。これは、エンジンが入力よりも多くのエネルギーを効果的に出すことを意味しました。しかし、他のサイクル中に、あたかもビーズがさらに熱くなるはずの条件下でビーズが冷却されているかのように、効率は負になりました。 「適切なエネルギーを入れていると思うことがあります。ヒートエンジンを実行するために適切なメカニズムを入れて、冷蔵庫を走らせることになります」とメッセージは言います。ビーズの温度は、チャンバー内の位置に基づいて変化しました。これは、エンジンがエンジンの高温または冷たい部分の温度を持つようにエンジンが構築されたため、予想外でした。 これらの奇妙さはエンジンのサイズまでチョークアップする可能性があります。それは非常に小さく、ビーズをランダムに叩く単一の空気粒子でさえ、エンジンの機能を根本的に変える可能性があります。そのような行動を禁止する伝統的な物理法則は平均して保持されますが、極端な出来事はまだたくさんあります。ミレンは、細胞の顕微鏡成分にも同じことが当てはまると言います。 「これらの奇妙な熱力学的挙動はすべて見ることができます。これは、あなたが細菌やタンパク質である場合は完全に直感的ですが、私たちのような肉の大きな塊である場合は直感的ではありません」と彼は言います。 スペインのグラナダ大学のラウル・リカは、新しいエンジンには即時の技術的アプリケーションがないが、研究者が自然で生物学的システムをより深く理解するのに役立つ可能性があると述べています。また、フランスのパリ - サクレイ大学のLoïcRondin氏によると、それは技術的な成果でもあります。チームは、比較的単純なデザインで顕微鏡の世界の多くの異常な特性を探求することができると彼は言います。 「私たちは、何らかの理論を検証するためにテストを行うことができる生物学的システムとなるものを大幅に簡素化しています」とロンディンは言います。今後、チームはこのようにエンジンを使用したいと考えています。たとえば、たとえば、タンパク質のエネルギーが折りたたまれたときにどのように変化するかをモデル化します。 ジャーナルリファレンス： 物理的なレビューレター、印刷中 トピック： #世界で最もホットなエンジンは顕微鏡物理学の奇妙さを明らかにします