Volltextsuche über das Angebot:

10 ° / 9 ° Regenschauer

Navigation:
Motor aus einem Atom

Wärmekraftmaschine gebaut Motor aus einem Atom

Physiker der Universität Kassel und der Universität Mainz bauen die kleinste Wärmekraftmaschine der Welt, die mit einem einzelnen Atom arbeitet.

Voriger Artikel
Zukunft der Bildung
Nächster Artikel
Kunsthochschule Kassel bekommt Ausstellungshalle

Ansicht der Vakuumkammer mit der Falle (Mitte).

Quelle: AG Quantum, JGU Mainz

Mainz. Wärmekraftmaschinen wandeln thermische Energie in mechanische Arbeit um, wie zum Beispiel in Fahrzeugen. Durch die Miniaturisierung sind immer kleinere technische Geräte möglich.

Mit Laserstrahlen gekühlt

Die Wissenschaftler um Prof. Kilian Singer, Leiter des Fachgebiets Experimentalphysik I an der Universität Kassel, nutzen eine sogenannte Paul-Falle, um ein einzelnes, elektrisch geladenes Kalzium-Atom zu speichern. Das Atom kann durch elektrisches Rauschen geheizt und mittels Laserstrahlen gekühlt werden.

Dadurch durchläuft es einen thermodynamischen Kreisprozess, vergleichbar mit den Abläufen im Zylinder eines klassischen Motors. Die erzeugte Leistung wird in eine Schwingung des Atoms umgesetzt. Somit spielt das Atom die Rolle des Motors und des Energiespeichers gleichermaßen. 

Vergleichbar mit einem Automotor

In ausführlichen Messreihen konnten die Physiker das thermodynamische Verhalten des Motors charakterisieren und zeigen, dass der Ein-Atom-Motor eine Leistung von 10 -22 Watt liefert und eine Effizienz von 0,3 Prozent hat. Normiert man die Leistung der Einzelatommaschine auf die geringe Masse eines Atoms, ist ihre Leistung vergleichbar mit der eines Automotors.

„Durch die Umkehr des Kreisprozesses können wir die Maschine als einatomigen Kühlschrank betreiben und damit gekoppelte Nanosysteme kühlen“, teilt Johannes Roßnagel, Erstautor der Studie, dazu mit.
Besonders wichtig an diesen Forschungen ist nach Angaben der Universität Kassel, dass die Realisierung eines solchen Nanomotors einen Einblick in die Thermodynamik einzelner Teilchen erlaubt, ein hochaktuelles Forschungsgebiet.

Vielfältige Möglichkeiten für neue Motoren

In Zukunft ist geplant, die Arbeitstemperatur der Maschine weiter abzusenken und thermodynamische Quanteneffekte zu untersuchen. Theoretische Arbeiten haben vorgeschlagen, die Leistung einer Wärmekraftmaschine durch die Kopplung an ein Quantenbad zu steigern. So bieten sich vielfältige Möglichkeiten, über die Paradigmen der klassischen Thermodynamik hinauszugehen und neuartige Motoren zu bauen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Volkswagen-Stiftung förderten das Forschungsprojekt. jes/r

Voriger Artikel
Nächster Artikel
Ausstellung „on/off“ über den Nobelpreis in der Alten Mensa Göttingen