Augsburger Allgemeine
vom 08. Januar 2012
Wissenschaftler haben zum ersten Mal eine durch Wärme angetriebene Maschine konstruiert, die nur wenige Tausendstel Millimeter groß ist. Statt mit Dampf ist sie mit einem winzigen Kunststoffkügelchen in Wasser gefüllt. Dieses wird per Laser abwechselnd erhitzt und abgekühlt. Den beweglichen Kolben einer normalen Dampfmaschine ersetzt im Mikromaschinchen ein Laserstrahl, der auf die Bewegungen des Kunststoffkügelchens reagiert.
"Kleinster Stirling-Motor der Welt"
"Wir haben so die kleinste Dampfmaschine, genauer gesagt den kleinsten Stirling-Motor der Welt entwickelt und festgestellt, dass die Maschine tatsächlich Arbeit verrichtet", sagt Studienleiter Clemens Bechinger von der Universität Stuttgart. Gemeinsam mit seinem Kollegen Valentin Blickle berichtet er im Fachmagazin "Nature Physics" über die Mikrokonstruktion. (doi:10.1038/nphys2163)
Dass die Maschine auch im Mikromaßstab funktioniert, sei nicht unbedingt zu erwarten gewesen. "Denn die Maschine ist so klein (einige micrometer = einige 0,001 mm), dass ihre Bewegung von mikroskopischen Prozessen gestört wird, die in der Makrowelt keine Rolle spielen", sagt Bechinger. Die Wassermoleküle bewegen sich bei Wärme ständig leicht hin und her und stoßen dabei mit dem Kunststoffkügelchen zusammen. Dieses verliert dadurch immer wieder Energie - die Maschine stottert.
Selbe Effizienz wie ein großer Motor
Umso erstaunlicher sei es, dass die Mikromaschine trotzdem im Durchschnitt genauso viel Energie in Arbeit umwandle wie ihr makroskopisches Gegenstück, sagen die Forscher. Unter Volllast laufe sie mit derselben Effizienz wie ein großer Stirlingmotor.
So besteht das Arbeitsgas im Stuttgarter Experiment nicht mehr aus unzähligen Molekülen, sondern nur noch aus einem einzelnen, etwa drei Mikrometer großen Kunststoffkügelchen, das im Wasser schwebt. Den Kolben, der sich in einem Zylinder periodisch auf und ab bewegt, ersetzten die Physiker durch einen fokussierten Laserstrahl, dessen Intensität periodisch variiert wird. Genauso wie der Kessel einer Dampfmaschine wird auch die Mikromaschine von außen erhitzt. Das Kohlefeuer einer altertümlichen Dampfmaschine ersetzten die Forscher jedoch durch einen weiteren Laserstrahl, der das Wasser und mit ihm das Kunststoffkügelchen schlagartig erhitzt, aber auch plötzlich wieder abkühlen lässt, sobald er ausgeschaltet wird.
Vermutlich auch in der Medizin irgendwann einzusetzen?
FASZINIERENDE WELT
WISSENSCHAFTSLEISTUNG
ZUM NIEDERKNIEN!!!!!
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