Un motor térmico basado en átomos ultrafríos

Por Francisco R. Villatoro, el 25 octubre, 2013. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science • Termodinámica ✎ 3

Dibujo20131024 ultracold atom heat engine - science mag

El efecto termoeléctrico es la producción de una corriente eléctrica (transporte de electrones) gracias a una diferencia de temperatura (gradiente térmico). Un efecto similar es el transporte de átomos entre dos nubes de átomos ultrafríos, ambas con el mismo número de átomos, cuando una de ellas es calentada por un láser. La nube de átomos caliente se expande, reduciendo su densidad, por lo que uno espera un flujo de partículas del depósito más frío y más denso al más caliente y menos denso. Sin embargo, se observa el efecto contrario, las partículas fluyen de la nube de átomos más caliente a la más fría. El transporte de los átomos ocurre desde el depósito con un potencial químico menor al que tiene uno mayor, es decir, el sistema se comporta como un motor térmico de átomos ultrafríos. Este curioso experimento se publica en Science y podría tener aplicaciones en sistemas de refrigeración de circuitos nanoelectrónicos. El artículo técnico es Jean-Philippe Brantut et al., “A Thermoelectric Heat Engine with Ultracold Atoms,” Science, AOP, Oct 24, 2013 [DOI]; arXiv:1306.5754 [cond-mat.quant-gas].

Dibujo20131024 averaged images of two reservoirs after transport process has taken - science mag

En termodinámica se llama potencial químico (μ) a la magnitud que describe el estado de equilibrio de un sistema bajo procesos de transferencia de masa. Cuando dos sistemas (o dos fases en el mismo sistema) comparten el mismo potencial químico no hay transferencia de masa entre ellos. Cuando hay un gradiente en el potencial químico se produce una transferencia de masa (trabajo mecánico asociado al movimiento de partículas). El potencial químico se llama “químico” porque en una reacción química irreversible (o en una reversible fuera del equilibrio) se produce una transferencia de masa de los reactantes a los productos, lo que implica un gradiente en el potencial químico.
Dibujo20131024 chemical potencial vs number of atoms - heat engine - science magEsta figura ilustra la variación en el número (N) de átomos fríos en cada nube de átomos en función de la variación del potencial químico (μ). En gris se destaca la región en la que se realiza trabajo mecánico (movimiento de átomos de una nube a la otra). La eficiencia relativa de este motor térmico es η = W/Q <≈ 0,1, bastante más alta de lo que uno podría esperar (recuerda que para un proceso reversible η = 1).  La clave es que el canal que une ambas nubes de átomos tiene una respuesta termoeléctrica increíblemente alta, su coeficiente de transporte ZT = 2,4, uno de los valores más altos observados en cualquier material termoeléctrico de estado sólido.

En aplicaciones de refrigeración se utiliza el ciclo térmico invertido de este motor térmico (efecto de Peltier), lo que permite enfriar gases cuánticos de baja entropía y redes de fermiones fuertemente correlacionados, de utilidad en el campo de la información cuántica.



3 Comentarios

    1. Te lo voy a decir de forma educada. La ciencia no funciona según los bulos, sin pruebas, de muchos de vosotros. Sois ruido sin sentido. El problema, como otros, es cuando no os dáis cuenta de vuestros errores y los queréis vender como si lo que hiciérais fuera Ciencia real y no superchería barata fundada en contradicciones de todo tipo.

      La Ciencia NO funciona porque alguien que diga que tiene razón, sino porque hay todo un proceso que vosotros os saltáis para decir que lo vuestro son verdades y lo que hace la ciencia y sus “verdades oficiales” (llámamalas paradigmas o como quieras, tanto me da, porque no voy a hablar de Filosofía de la Ciencia aquí). Vuestra lógica y sentido común es muy pobre.

      Un saludo, y espero dejéis vuestras paranoias mentales algún día. Si algo de lo que afirmáis fuera verdad (que no lo es), no tendríais problemas en ser reconocidos en vez de escribir las inconsistencias que en ocasiones defendéis.

      En fin, disfrutard Halloween, y que os den muchos caramelos…

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