Содержание
Самый маленький мотор в мире работает, но с парочкой странностей
Георгий Голованов
Швейцарские ученые разработали самый миниатюрный в мире мотор. Он состоит всего из 16 атомов и стабильно вращается в одном направлении. Главная его особенность в том, что он работает как раз на границе классической физики и квантового туннелирования — и демонстрирует странности, которые еще предстоит объяснить.
Самый маленький в мире мотор создан физиками из Исследовательского института Empa и Федеральной политехнической школы Лозанны. Его размер составляет менее одного нанометра — в 100 000 раз меньше диаметра человеческого волоса, а изготовлен он из 16 атомов, рассказывает Phys.org.
В принципе, молекулярная машина действует так же, как и обычный моторы в макромире: преобразует энергию в направленное движение. Он также состоит из статора и ротора, то есть неподвижного и подвижного элементов.
В данном случае статор состоит из шести атомов палладия и шести атомов галлия. Ротор — это четыре атома молекулы ацетилена, которые вращаются на поверхности статора.
Молекулярный мотор может питаться либо тепловой, либо электрической энергией. При комнатной температуре, к примеру, он вращается взад и вперед случайным образом. Но если подать электричество (через сканирующий микроскоп), ротор будет крутиться в одном направлении со стабильностью 99%.
Такой мотор намного практичнее, чем предыдущие молекулярные аналоги. Ученые предлагают применять его и для движения наномашин, и для накопления энергии в наномасштабе.
Но есть у него и парочка странностей. Он сконструирован так, чтобы вращаться в одном направлении, как и обычный мотор, при помощи храповика. Но молекулярный механизм работает в обратном направлении. Каким-то образом наноротор ведет себя не так, как в макромире. Он все еще вращается в одном направлении, но почему-то в обратном.
Другая странность в том, что он нарушает закон классической физики. Обычно чтобы преодолеть сопротивление, требуется затратить определенный объем энергии. Но молекулярный ведет себя не так: он продолжает движение даже если энергии поступает очень мало — намного меньше, чем нужно для движения: при температуре -256 °C или напряжении менее 30 милливольт.
Это действие квантового туннелирования, когда частицы проходят сквозь барьеры, для преодоления которых у них обычно не хватило бы энергии. Но даже такое объяснение не удовлетворяет ученых полностью. Квантовое туннелирование считается свободным от трения, но в таком случае ротор вращался бы в любом направлении случайным образом. Тот факт, что он предпочитает одно в 99% случаев, указывает на то, что энергия каким-то образом теряется.
«Этот мотор дает нам возможность изучить процессы и причины рассеивания энергии в ходе квантового туннелирования», — сказал Оливер Гренинг, ведущий исследователь.
Американские ученые создали активируемые светом миниатюрные «дрели», способные прикрепиться к клеточной стенке бактерии и проделать в ней отверстие. Эксперименты показали, что такое воздействие либо убивает бактерию, либо делает ее более уязвимой к антибиотикам.
Доказываем, что больше — не значит лучше, в обзоре 7 самых маленьких настоящих двигателей
Двигатели бывают разные. Некоторые из них имеют размер пятиэтажного дома, в то время как для того, чтобы увидеть другие, придется поискать…
Двигатели бывают разные. Некоторые из них имеют размер пятиэтажного дома, в то время как для того, чтобы увидеть другие, придется поискать микроскоп. Недавно мы представили вам список самых крупных двигателей в мире, теперь пришло время броситься в другую крайность.
DKW 49cc
Несмотря на то, что этот одноцилиндровый двигатель от DKW покажется гигантским, в сравнении с другими участникам этого хит-парада, 49сс всё-таки является особенным, поскольку он используется в автомобилестроении.
А точнее, в автомобиле Peel P50. Самый маленький в мире двигатель, используемый в производстве серийных автомобилей, имеет лишь 4 л.с. Да и этого, в общем-то, достаточно, ведь автомобиль весит всего 56 кг.
Smalltoe motorcycle – этаноловый двигатель
К сожалению, данных об объеме двигателя у нас не имеется, но есть данные о мощности: 0.3 л.с. Этот двигатель используется в самом маленьком в мире мотоцикле Smalltoe, колёсная база которого составляет лишь 80мм. Этот мощнейший движок разгоняет мотоцикл до невероятной скорости в 2км/ч. И да, на нем можно ездить. Посмотрите видео.
Самый маленький V12 в мире
Мануэль Хермо Баррьеро, механик ВМФ Испании в отставке, занимается постройкой маленьких, рабочих двигателей. Неплохое занятие для пенсионера, не так ли? Этот двигатель V12 признан самым маленьким в мире.
Его постройка заняла у Мануэля 1220 часов кропотливой работы.
Самый маленький W32 в мире
Если вас шокировал предыдущий двигатель, то приготовьтесь увидеть еще одно творение господина Баррьеро – самый маленький W32 в мире. Работа над двигателем заняла 2520 часов, и в процессе постройки было использовано 850 различных деталей. Как и V12, этот двигатель идеально сбалансирован, и в доказательство этого факта инженер предлагает посмотреть видеозапись.
Nanobee
Рональд Валентин занимается постройкой маленьких двигателей для своих моделей самолётов уже 30 лет. Самый маленький из них – Nanobee – существует пока лишь в форме прототипа. Объем двигателя составляет 0.006мл. Самым удивительным фактом является то, что этот двигатель реально работает! Он признан самым маленьким в мире дизельным двигателем.
Самый маленький паровой двигатель в мире
На изображении вы видите полностью рабочий паровой двигатель, вот только размеры его не совсем привычны. Индийскому инженеру Икбалу Ахмеду удалось создать функционирующий паровой двигатель, который имеет высоту 6.8мм, длину 16.24мм и весит 1.72гр.
Микроскопический двигатель внутреннего сгорания
Что, вы все еще не удивлены? Ну, хорошо. Взгляните на этот двигатель. Кстати, чтобы на него взглянуть, потребуется микроскоп, поскольку его диагональ составляет лишь 0.0001мм. Двигатель состоит из резервуара с водой, через который проходит два электрода. Ток подается на электроды, благодаря чему кислород и водород распадаются. В результате образуются нанопузыри газа, увеличивается объем и вырабатывается энергия. Ох уж эта наука!
Подпишись на наш Telegram-канал
Самый маленький двигатель в мире
- Ученые утверждают, что создали самый маленький в мире двигатель: один ион кальция.
- Двигатель в 10 миллиардов раз меньше двигателя автомобиля.
- Физики, разработавшие ион, уже сделали предыдущий самый маленький двигатель в мире, работавший на одном атоме, в 2016 году.
Международная группа физиков создала то, что они называют самым маленьким двигателем в мире. Насколько он мал? Весь двигатель состоит из одного иона кальция, что составляет около 10 миллиардов раз меньше автомобильного двигателя.
Экспериментальный двигатель был разработан международной группой под руководством профессора Фердинанда Шмидт-Калера и Ульриха Пошингера из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, Германия. Двигатель электрически заряжен, что позволяет легко ловить его с помощью электрических полей. Движущиеся части двигателя — это «собственное вращение» иона. На атомном уровне спин — это измерение углового момента атома.
В двигателе вращение используется для улавливания и преобразования тепла, поглощаемого лазерными лучами, в колебания или вибрации захваченного иона.
Вибрации действуют как маховик, и его энергия помещается в единицы, называемые «квантами», предсказанные квантовой механикой.
«Маховик позволяет нам фактически измерить выходную мощность двигателя атомного масштаба, впервые разделяя отдельные кванты энергии», — говорит соавтор исследования Марк Митчисон из группы QuSys в Тринити-колледже в Дублине. утверждение.
Когда двигатель находится в состоянии покоя, он находится в так называемом «основном состоянии», самом низком и наиболее стабильном уровне энергии в квантовой физике. Затем, при попадании лазеров, команда смогла наблюдать, как ионный двигатель заставляет маховик работать все быстрее и быстрее.
История по теме
- 5 Невероятно крошечных двигателей, которые действительно работают
«Этот эксперимент и теория открывают новую эру в исследовании энергетики технологий, основанных на квантовой теории, которая является основной темой нашей группы.
исследование», — говорит Джон Гулд, доцент кафедры физики в Тринити, в заявлении. «Управление теплом в наномасштабе является одним из фундаментальных узких мест для более быстрых и эффективных вычислений. Понимание того, как термодинамика может применяться в таких микроскопических условиях, имеет первостепенное значение для будущих технологий».
Здесь, в Popular Mechanics , мы про крошечный двигатель. Есть крошечные роторные двигатели, сделанные из бумаги, крошечные двигатели V8, сделанные из бумаги, крошечные двигатели, которые могут работать на WD-40, и крошечные двигатели внутреннего сгорания. Но, возможно, никто не является большим поклонником крошечных двигателей, чем физики из Университета Иоганна Гутенберга, который иногда называют Университетом Майнца. В 2016 году тамошние ученые создали самый маленький на тот момент двигатель в мире, работавший на одном атоме.
Похоже, с одним ионом они побили собственный рекорд.
Дэвид Гроссман
Дэвид Гроссман — штатный автор PopularMechanics.com. Ранее он писал для The Verge, Rolling Stone, The New Republic и ряда других изданий. Он базируется в Бруклине.
7 крошечных двигателей, которые доказывают, что больше не всегда лучше
От 49 куб. см до того, что нужно увидеть в микроскоп, это одни из самых маленьких двигателей, когда-либо созданных!
Напомнить позже
Не так давно мы составили список самых больших двигателей, когда-либо построенных. С самым большим рабочим объемом в 25 480 литров было несколько впечатляющих машин, на которые можно было бы полюбоваться, но другая сторона шкалы столь же интригует, как доказывают эти изящные двигатели:
1. DKW 49cc
Изображение через Peel Engineering
Хотя этот маленький одноцилиндровый двигатель от DKW на самом деле довольно большой по сравнению с некоторыми другими агрегатами в этом списке, он примечателен тем, что используется в автомобиле: Peel P50.
Считается, что это самый маленький двигатель, когда-либо использовавшийся в серийных автомобилях. Этот четырехтактный бензиновый двигатель производит всего 4 л.
Хотя для этого двигателя не указан объем двигателя, есть показатель мощности: 0,3 л.с. Он живет в «Smalttoe», обладателе мирового рекорда Гиннеса как самый маленький мотоцикл в мире, колесная база которого составляет всего 80 мм. Это мощный маленький двигатель, работающий на этаноле, позволяет Smalltoe ездить на маниакальной скорости до 1,2 мили в час. О да, на нем действительно можно ездить, как вы можете видеть в видео ниже.
Испанский военно-морской механик в отставке Хосе Мануэль Эрмо Баррейро («Патело») занимается сборкой крошечных, искусно сделанных двигателей.
Неплохой способ провести годы после работы, не так ли?
Этот двигатель V12, считающийся самым маленьким в мире, был построен за 1220 часов.
Если V12 Патело поражает вас, просто подождите, пока вы не получите загрузку его более свежего проекта, этого W32. Это результат 2520 часов работы и состоит из 850 различных частей. Как и V12, он идеально сбалансирован, как показано в этом видео с серией монет, размещенных на верхней части двигателя.
Парень по имени Рональд Валентайн уже 30 лет делает крошечные двигатели, в основном для использования в моделях самолетов. Самый маленький — Nanobee — существует только в виде прототипа и имеет рабочий объем всего 0,006 куб. На самом деле это масляная горелка, которую называют «самым маленьким дизельным двигателем в мире».
Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть один из его больших двигателей в действии.
(Спасибо Микалю!)
6. Самый маленький в мире паровой двигатель
Здесь вы видите стационарную паровую машину, но в значительно уменьшенном масштабе. Созданный индийским инженером доктором Икбалом Ахмедом, он имеет высоту всего 6,8 мм, длину 16,24 мм и вес 1,72 г.
7. Микроскопический двигатель внутреннего сгорания (Университет Твенте)
Ни один из вышеперечисленных двигателей не удовлетворил вашу потребность в крошечности ? Это должно сработать. На самом деле, этот исследовательский проект Университета Твенте настолько мал, что вам понадобится микроскоп, чтобы увидеть его — его диаметр составляет всего 0,0001 мм.