前沿科技之世上最小斯特林發動機研制成功

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發表于 2011-12-14 11:10:00 | 只看該作者 |只看大圖 |倒序瀏覽 |閱讀模式

蒸汽火車時代，乘客們驚嘆于更大和更強大的發動機。隨著時代的發展，技術的進步，科學家仍在開發蒸汽發動機，但是現代的蒸汽發動機并不是越大越好，而是越微觀越好，德國科學家最近研制了一款微型蒸汽機，經測量，只有1毫米的千分之三。

　　德國斯圖加特大學和斯圖加特馬克斯普朗克智能系統研究所的研究人員利用激光束和一個漂浮在水中的單粒子研制了這款微型蒸汽機。研究員克萊門斯•柏秦格（Clemens Bechinger ）說：“我們已經開發出世界上最小的蒸汽發動機，或更精確說，是最小的斯特林發動機（Stirling engine），而且發現，這種機器確實可以運行。”在200年前，英國牧師羅巴特•斯特林（Robert Stirling）發明的熱力發動機是一個充滿氣體的氣缸，它通過定期加熱和冷卻，使氣體膨脹和收縮，這就使活塞運動，驅動車輪。
　　微觀世界的規律決定研究人員無法按照一個正常大小的的設計圖來構建微小的發動機。研究員瓦倫丁•波利科爾（Valentin Blickle）說：“我們成功地縮小了熱力發動機的重要組成部分的尺寸，如工作氣體和活塞的尺寸縮小到只有幾微米，然后將它們組裝成一臺機器。” 因此，斯圖加特的實驗工作氣體就不再是由無數分子組成的，而只是一個尺寸只有3微米（一微米相當于千分之一毫米）的單一的塑料珠子，它漂浮在水中。由于這種塑料粒子比原子大1萬倍左右，因此，研究人員可以在顯微鏡下直接觀察它的運動。
　　研究人員取代了在氣缸中周期性上下活動的活塞，而采用聚焦的激光束，其強度會發生周期性變化。激光的光學力量限制塑料粒子的運動，使處于較大或較小的水平，像大型熱發動機的氣體壓縮和膨脹的情形。為了使系統正常工作，它必須在膨脹的過程中從外部加熱，就像蒸汽機的鍋爐。研究人員還取代了老式煤火蒸汽機，采用另一個激光束，可以對水進行突然加熱，但也可使它盡快降溫，只要關閉就行。
　　盡管一些水分子與粒子碰撞導致這種機器會濺射東西，但它的運轉效率驚人。研究人員驚奇地發現該發動機每個周期轉換的能量一樣多，并以同樣的效率運行，就像運行正常的宏觀熱力發動機。克萊門斯•柏秦格說：“我們的實驗使我們初步觀察到，有能量平衡的熱發動機也可運行在小尺度。雖然我們的機器還不能做任何有用的工作，但是從原則上說，沒有什么因素會妨礙它在微米尺度運行。這無疑是個好消息，人們將來可設計可靠、高效的微型機械。”

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