การทดลองทางความคิดที่เสนอเมื่อ 50 ปีที่แล้วโดย Richard Feynman ในที่สุดก็สำเร็จในห้องปฏิบัติการโดยนักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาและจีน “วงล้อของไฟน์แมน” เป็นเครื่องยนต์ความร้อนด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เปลี่ยนความผันผวนของความร้อนเป็นงานเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งความร้อนสองแห่งที่อุณหภูมิต่างกัน แม้ว่าอุปกรณ์จะมีประสิทธิภาพต่ำมาก แต่ผู้สร้างเชื่อว่าอาจมีการใช้งานหลายอย่าง
การให้ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับมอเตอร์ระดับ
โมเลกุลที่ขับเคลื่อนเซลล์ที่มีชีวิตการทดลองทางความคิดของ Feynman เป็นวิธีที่แสดงให้เห็นว่ากฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ไม่สามารถละเมิดได้อย่างไร เขานึกภาพใบพัดชุดเล็ก ๆ ที่ติดอยู่ที่ปลายเพลาที่ถูกทิ้งระเบิดด้วยโมเลกุลของแก๊สในกล่อง ปลายอีกด้านของเพลาติดกับวงล้อ ดังนั้นล้อสามารถหมุนได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น
แนวคิดก็คือโมเลกุลในแก๊สชนใบพัดจากทิศทางสุ่มเนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบบราวเนียน แต่เนื่องจากเพลาเชื่อมต่อกับวงล้อด้วย เฉพาะการเคลื่อนไหวที่บังคับให้ใบพัดหมุนไปในทิศทางเดียวจะส่งผลให้เกิดการหมุนของเพลา ผลที่ได้จะเป็นการเคลื่อนไหวโดยตรง – ซึ่งสามารถควบคุมการทำงานได้ – สร้างขึ้นจากการเคลื่อนที่ของความร้อนแบบสุ่ม
อุ้งเท้ากระโดดอย่างไรก็ตาม Feynman อธิบายว่าการทำงานภายในของวงล้อจะป้องกันไม่ให้การเคลื่อนไหวโดยตรงดังกล่าวเกิดขึ้น ในวงล้อ (ดูรูป) ล้อเฟืองที่มีฟันอสมมาตรสามารถหมุนได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น เนื่องจาก “ตีนผี” ที่บรรจุสปริงถัดจากล้อช่วยให้ฟันแต่ละซี่ที่ลาดเอียงมากขึ้นวิ่งผ่านอุ้งเท้า – แต่บล็อก ด้านที่สูงชันเมื่อหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม Feynman ชี้ให้เห็นว่าถ้าวงล้อสามารถทำให้มีขนาดเล็กพอที่จะหมุนได้จากการชนกันของโมเลกุล การเสียดสีที่จำเป็นในการป้องกันไม่ให้ตีนเป็ดกระดอนออกจากวงล้อขณะที่มันตกลงมาจากฟันซี่หนึ่งไปอีกซี่หนึ่งจะทำให้เกิดความร้อนมากพอที่จะกระตุ้นโมเลกุลภายใน และทำให้ตีนผีกระโดดขึ้นและปล่อยให้ล้อหมุนผิดทาง เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ความร้อนระดับมหภาค เขาสรุปว่า
จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครสร้างเฟืองล้อขนาดเล็กเช่นนี้
เนื่องจากความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ ซึ่งรวมถึงวิธีการป้องกันการพาความร้อนจากความผันผวนของความร้อน แต่ตอนนี้Tongcang Liจากมหาวิทยาลัย Purdue ในสหรัฐอเมริกาและเพื่อนร่วมงานได้ประสบความสำเร็จในการใช้ลูกบอลซิลิคอนไดออกไซด์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 780 นาโนเมตรซึ่งถูกกักขังอยู่ในกับดักแสง 1D ที่ติดตั้งภายในถังน้ำขนาดเล็ก
กับดักถูกสร้างขึ้นโดยการรวมแหนบออปติคัล 19 อันเข้าด้วยกันด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี แหนบจะซ้อนทับกันเพื่อสร้างศักย์ที่ราบรื่นและคงที่ซึ่งจะทำให้ลูกบอลเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งตามแกนของกับดักในขณะที่มันถูกกระแทกด้วยโมเลกุลของน้ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ วงล้อเสมือนและอุ้งเท้าถูกปลดออก หรือแหนบรวมกันเพื่อสร้างศักยภาพของฟันเลื่อย บังคับลูกบอลให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวเท่านั้น – ซึ่งในกรณีนี้จะใช้วงล้อและตีนเป็ด
ความแตกต่างของอุณหภูมิในขณะที่อุณหภูมิของก๊าซแสดงด้วยอุณหภูมิของน้ำ อุณหภูมิของกระทะซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บความร้อนที่สอง กลับมีการแสดงออกที่เป็นนามธรรมมากกว่า นั่นคือความถี่ที่กับดักจะสลับไปมาระหว่างฟันเลื่อยและศักย์เรียบ แนวคิดก็คือเมื่ออุ้งเท้าร้อนขึ้น มีแนวโน้มที่จะกระโดดขึ้นและปล่อยให้วงล้อหมุนผิดทาง
ดังที่ Feynman ทำนายไว้ เมื่ออ่างน้ำร้อน
ทั้งสองอ่างมีอุณหภูมิเท่ากัน บางครั้งลูกบอลจะกระเด้งไปทางซ้ายเล็กน้อย และบางครั้งไปทางขวาเล็กน้อย แต่ไม่มีการเคลื่อนที่ของตาข่าย แต่เมื่อพวกเขาเปลี่ยนอัตราการสับเปลี่ยนระหว่างสองสถานะที่แตกต่างกันของวงล้อเสมือน – ดังนั้นการเพิ่มอุณหภูมิของอ่างหนึ่งเหนืออีกสถานะหนึ่ง – พวกเขาพบว่าลูกบอลเคลื่อนที่ไปตามกับดัก กล่าวอีกนัยหนึ่ง วงล้อผ่านการหมุนสุทธิไปในทิศทางเดียว ซึ่งแสดงให้เห็นโดยการเพิ่มความชันให้กับศักย์แบน ช่วยให้ระบบสามารถทำงานได้
ไฟน์แมนผิดนักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่า Feynman มีรายละเอียดที่สำคัญค่อนข้างผิด Feynman คิดว่าวงล้อสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเครื่องยนต์ Carnot ในขณะที่นักฟิสิกส์คนอื่นๆ แย้งว่าเป็นไปไม่ได้เพราะอุปกรณ์ดังกล่าวต้องการการสัมผัสกับแหล่งความร้อนสองแหล่งพร้อมกัน อันที่จริง Li และเพื่อนร่วมงานวัดประสิทธิภาพน้อยกว่า 1% ตรงกันข้ามกับ 90% ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีสำหรับเครื่องยนต์ Carnot ที่ทำงานระหว่างอุณหภูมิที่เป็นปัญหา
ฟิสิกส์ไร้ทิศทางLi กล่าวว่าประสิทธิภาพที่ต่ำนั้น “น่าผิดหวังเล็กน้อย” แต่ยืนยันว่าอุปกรณ์ของพวกเขาเป็น “แพลตฟอร์มที่สำคัญในการศึกษาเครื่องยนต์ความร้อนด้วยกล้องจุลทรรศน์” เขาคิดว่ามันสามารถทำให้กระจ่างเกี่ยวกับกลไกที่อยู่ภายใต้มอเตอร์โมเลกุล ซึ่งเขากล่าวว่าเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนและ “อยู่ใกล้กับเฟืองของไฟน์แมนมากกว่าเครื่องยนต์คาร์โนต์”
Ignacio Martínezจาก Universidad Complutense de Madrid ยกย่องทีมสำหรับ “การศึกษาที่สวยงาม” ในด้านฟิสิกส์พื้นฐาน เขาให้เหตุผลว่าอุณหภูมิ “จลนศาสตร์” และระบบเฟืองล้อเสมือนทำให้การสาธิตเป็น “การจำลองแบบทดลอง” แทนที่จะเป็นเครื่องยนต์จริง อย่างไรก็ตาม เขาเชื่อว่างานนี้สามารถช่วยพัฒนาเทคโนโลยีที่ใช้ประโยชน์จากความผันผวนแม้ในระดับที่ใหญ่กว่า เช่น การชาร์จอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยรอบ “การศึกษาขั้นพื้นฐานเหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของการใช้งานในอนาคต” เขากล่าว
นักวิจัยในสหรัฐฯ ระบุว่า การติดตั้งหลังคาสีเขียวในเมืองต่างๆ เพื่อลดผลกระทบจาก “เกาะความร้อนในเมือง”ควรคำนึงถึงพื้นที่ที่ร้อนที่สุด พื้นที่ใดที่ผู้คนเสี่ยงภัยมากที่สุด และบริเวณใดที่มีการใช้เครื่องปรับอากาศสูงที่สุด ผลกระทบนี้อธิบายอุณหภูมิอากาศที่สูงขึ้นของเมืองเมื่อเทียบกับชนบทโดยรอบนักวิจัยพบว่าในเมืองชิคาโกของสหรัฐฯ โดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อรวมปัจจัยเหล่านี้ พื้นที่ทางทิศใต้และทิศตะวันตก และพื้นที่โดดเดี่ยวอื่นๆ จะได้รับประโยชน์สูงสุดจากการติดตั้งหลังคาเขียว
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์
