Il più piccolo motore al mondo

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(credits: via Pixabay)

Le macchine termiche, ossia i dispositivi in grado di scambiare calore e lavoro con l’ambiente circostante tramite un ciclo termodinamico, hanno avuto un ruolo fondamentale nella nostra società sin dai tempi della rivoluzione industriale. Sono solitamente ingombranti, basti pensare al classico motore a vapore, o ai motori a combustione interna. Tuttavia, Johannes Roßnagel e dai suoi colleghi della Johannes Gutenberg Universität Mainz in Germania sono riusciti a realizzare un motore microscopico, probabilmente il più piccolo mai realizzato, composto da un solo ione di calcio.

Per la loro ricerca, pubblicata su Science, i ricercatori hanno utilizzato una trappola ionica quadrupolare, o trappola ionica di Paul, ossia un dispositivo in grado di catturare e controllare il movimento di ioni con l’ausilio di campi elettrici e magnetici. Poiché gli ioni altro non sono che atomi che hanno ceduto o acquistato uno o più elettroni, e che possiedono quindi una carica elettrica, essi sono attratti, o respinti dai campi.

Gli scienziati hanno sottoposto lo ione di calcio a due diverse temperature durante un singolo ciclo: le macchine termiche, infatti, producono lavoro sfruttando il gradiente termico tra una sorgente calda e una sorgente fredda. In questo caso, lo ione veniva all’inizio raffreddato da un raggio laser, costantemente puntato su di esso, e veniva poi riscaldato da un campo elettrico oscillante. La combinazione di riscaldamento e raffreddamento genera un ciclo termodinamico e produce una forza che a sua volta genera un movimento assiale, molto simile a quello di un pistone in un motore a vapore.

Gli scienziati sono anche riusciti a misurare l’energia generata dal motore, che è risultata essere attorno ai 3,4 * 10-22 joule al secondo, equivalente a 1,5 kilowatt per kg su una scala macroscopica, comparabile quindi al motore di una macchina.

Riferimenti: Science doi: 10.1126/science.aad6320

1 commento

  1. Ma allora il motore non è composto da un solo ione, ma dalla trappola quadripolare, il sistema per le variazioni termiche, il laser…

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