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世上最小蒸汽发动机研制成功 仅1毫米的3/1000

http://www.kexue.com 2011-12-15 09:42:22 搜狐科学  发表评论


世界上最小的蒸汽发动机只有在显微镜下才可看

德国斯图加特科学家利用蒸汽火车的原理研制了世界上最小的蒸汽发动机

  据国外媒体报道,在蒸汽火车时代,乘客们惊叹于更大和更强大的发动机。随着时代的发展,技术的进步,科学家仍在开发蒸汽发动机,但是现代的蒸汽发动机并不是越大越好,而是越微观越好,德国科学家最近研制了一款微型蒸汽机,经测量,只有1毫米的千分之三。

  德国斯图加特大学和斯图加特马克斯普朗克智能系统研究所的研究人员利用激光束和一个漂浮在水中的单粒子研制了这款微型蒸汽机。研究员克莱门斯•柏秦格(Clemens Bechinger )说:“我们已经开发出世界上最小的蒸汽发动机,或更精确说,是最小的斯特林发动机(Stirling engine),而且发现,这种机器确实可以运行。”在200年前,英国牧师罗巴特•斯特林(Robert Stirling)发明的热力发动机是一个充满气体的气缸,它通过定期加热和冷却,使气体膨胀和收缩,这就使活塞运动,驱动车轮。

  微观世界的规律决定研究人员无法按照一个正常大小的的设计图来构建微小的发动机。研究员瓦伦丁•波利科尔(Valentin Blickle)说:“我们成功地缩小了热力发动机的重要组成部分的尺寸,如工作气体和活塞的尺寸缩小到只有几微米,然后将它们组装成一台机器。” 因此,斯图加特的实验工作气体就不再是由无数分子组成的,而只是一个尺寸只有3微米(一微米相当于千分之一毫米)的单一的塑料珠子,它漂浮在水中。由于这种塑料粒子比原子大1万倍左右,因此,研究人员可以在显微镜下直接观察它的运动。

  研究人员取代了在气缸中周期性上下活动的活塞,而采用聚焦的激光束,其强度会发生周期性变化。激光的光学力量限制塑料粒子的运动,使处于较大或较小的水平,像大型热发动机的气体压缩和膨胀的情形。为了使系统正常工作,它必须在膨胀的过程中从外部加热,就像蒸汽机的锅炉。研究人员还取代了老式煤火蒸汽机,采用另一个激光束,可以对水进行突然加热,但也可使它尽快降温,只要关闭就行。

  尽管一些水分子与粒子碰撞导致这种机器会溅射东西,但它的运转效率惊人。研究人员惊奇地发现该发动机每个周期转换的能量一样多,并以同样的效率运行,就像运行正常的宏观热力发动机。克莱门斯•柏秦格说:“我们的实验使我们初步观察到,有能量平衡的热发动机也可运行在小尺度。虽然我们的机器还不能做任何有用的工作,但是从原则上说,没有什么因素会妨碍它在微米尺度运行。这无疑是个好消息,人们将来可设计可靠、高效的微型机械。”(尚力)

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