Logo
Cover

Новый тип теплового двигателя, работающего на пределе законов физики, предложили ученые Германии и Чехии. Это путь к созданию эффективных микромоторов.

Один из пределов закона термодинамики говорит о том, что тепловые двигатели — паровые или ДВС — должны быть менее эффективны, чем тепловые машины, работающие в цикле Карно, идеальном круговом процессе. Однако машины Карно не практичны — их мощность равна нулю. Второе препятствие на пути к созданию такого двигателя — огромные флуктуации выходной мощности при ее снижении. Другими словами, пишет Ars Technica, даже если бы мы смогли построить такой двигатель, он бы работал беспорядочно и ненадежно.

Виктор Холубец и Артем Рябов продемонстрировали, что эти ограничения можно обойти, если аппарат будет работать не постоянно, а циклически, при квазистатических условиях. Это позволит создать действующий идеальный тепловой двигатель Карно.

Циклические тепловые двигатели способны отдавать ненулевой объем энергии в конечный период времени. Более того, их мощность может быть довольно большой, если колебания уменьшатся. А если удастся их нивелировать, то двигатель будет работать с эффективностью машины Карно.  

Отдаваемая мощность зависит от снижения колебаний, но исследователи показали, что колебания не становятся сильнее, когда общая выходная мощность падает. Это происходит потому, что колебания вызывают хаотичные движения частиц в системе, а в циклических двигателях есть периоды, когда в системе вообще нет частиц.

В итоге получается не тепловой двигатель с нулевой средней мощностью и большими неупорядоченными флуктуациями, а тепловой двигатель с большими упорядоченными флуктуациями, разделенными известными периодами нулевой мощности.

О практическом применении исследования еще придется подумать отдельно. Например, такие двигатели мощно использовать в различных микромашинах и энзимах, производящих все — от пищи до топлива.  

Американские ученые получили средства на создания ракетного двигателя, который — теоретически — может обойтись без топлива. В основе их работы лежит спорная гипотеза излучения Унру, на основании которой они надеются через несколько лет создать такой «невозможный двигатель».