Mecânica

Motor quântico gera trabalho sem produzir nenhum atrito

Motor quântico gera trabalho sem produzir nenhum atrito
Diagrama de pressão-volume do motor de ciclo Otto quântico. [Imagem: A. del Campo, et al - 10.1038/srep06208]

Termodinâmica quântica

Nos processos físicos, especialmente naqueles que envolvem movimentos mecânicos, sempre que algum trabalho é realizado alguma energia é perdida, geralmente na forma de atrito.

Ocorre que já se sabe que os efeitos quânticos podem exigir uma reformulação completa das leis da termodinâmica.

Isto ficou ainda mais patente agora, com a descrição de um motor que opera com atrito zero e, ainda assim, gera um trabalho. Tudo graças à exploração dos efeitos quânticos entre as partículas.

Adolfo del Campo (Laboratório Nacional Los Alamos - EUA) e seus colegas mostraram a possibilidade de construção de um motor "super-adiabático", cujo funcionamento pode ser revertido sem qualquer dissipação de energia.

Motor quântico

Nos motores dos carros, geralmente quanto maior a potência, menor é a eficiência, porque a maior velocidade para conversão do calor em trabalho gera mais atrito - é por isso que o motor precisa de óleo.

Em um motor em escala atômica, contudo, - imagine um pistão sendo um único átomo - dá para aumentar a velocidade sem aumentar o atrito - na verdade, sem gerar atrito.

Embora não tenha elaborado uma "termodinâmica quântica", o grupo demonstrou que, partindo dos princípios bem demonstrados da mecânica quântica, é possível projetar um motor de ciclo Otto - como os motores a combustão dos carros - que alcance a eficiência máxima.

Sem qualquer fricção, esse motor quântico alcança a eficiência máxima, e ainda assim gera alguma potência.

Nanomotores

Para não deixar margens a dúvidas, o grupo está discutindo com seus colegas experimentalistas como construir o motor quântico em escala atômica usando lasers para prender os "átomos-pistões" e usar alterações de calor e pressão para simular o ciclo Otto.

E eles estão entusiasmados com aplicações práticas, na fabricação de motores em escala nano e, eventualmente, micro - para movimentar nanomáquinas e nanorrobôs, por exemplo.

Fabricar um motor com 100% de eficiência para um carro de verdade, contudo, é outra história.

Pela própria inexistência de uma termodinâmica quântica, é difícil calcular como esses movimentos em princípio 100% eficientes vão-se comportar quando zilhões de partículas começarem a interagir em um sistema em macroescala - o que os físicos quânticos chamam de "sistemas de muitos corpos".

Bibliografia:

More bang for your buck: Super-adiabatic quantum engines
Adolfo del Campo, J. Goold, Mauro Paternostro
Nature Scientific Reports
Vol.: 4, Article number: 6208
DOI: 10.1038/srep06208




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